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功率GaN市场的机遇

近年来,化合物半导体在电力电子、射频、光子学和显示器等关键应用领域展现出巨大的潜力,尤其是在功率半导体领域,其重要性日益凸显。根据Yole Group发布的报告,化合物半导体市场预计到2030年将增长至约250亿美元,复合年增长率高达13%,远超传统硅基半导体市场。这一增长主要由汽车、电信和移动行业的强劲需求驱动,尤其是在电力电子领域,宽禁带半导体材料如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)正成为技术创新的核心。

在SiC之后,GaN正成为电力电子领域的下一个焦点。GaN器件在中低压应用中表现出色,尤其是在快速充电、数据中心电源和工业电机驱动等领域。GaN的禁带宽度为3.4 eV,高于硅的1.1 eV,这使得GaN器件具有更高的电子饱和速度和更低的导通电阻,从而实现更高的开关频率和更低的能量损耗。

Yole Group预测,到2029年,功率GaN市场规模将超过20亿美元,CAGR达到两位数。Navitas、Innoscience和Power Integration等公司已在GaN市场占据领先地位,而英飞凌和瑞萨则通过收购GaN Systems和Transphorm等企业,加速布局GaN技术。

02

车载无人机采用GaN技术

3月2日,比亚迪、大疆共同发布了智能车载无人机系统——灵鸢,作为全球首款高度集成的车载无人机系统,灵鸢系统具有换电版和快充版两个版本,其中快充版售价为16000元。

值得关注的是,灵鸢系统采用双侧对夹式100W快充模块,采用氮化镓材料将充电效率提升至94%,-30℃低温环境下仍可30分钟补电60%。同时,它还融合了车载无人机定位模块、4K高清车顶摄像头等多个配置,可以帮助用户实现动态起降、随动跟拍、地空双摄等功能,实现“轻松拍大片”。

此外,大疆早就开始采用氮化镓技术。2024年7月,大疆发布了电助力山地车 Amflow PL、Avinox 电助力系统两大产品,后者就支持氮化镓3倍快充技术,其采用的12A/508W 快充充电器的充电速度是 4A/168W普通充电器的 3 倍,800瓦时电池电量从0%充到75%仅需约1.5小时。

03

GaN如何引领高效通信

与其他半导体相比,GaN是一项相对较新的技术,但它已成为高射频、高功耗应用的首选技术,如远距离信号传输或高端功率水平的应用——这使其非常适合用于Sub-6 5G基站。其高输出功率、线性度和功率效率促使网络设备原始设备制造商从使用LDMOS技术的功率放大器转向使用氮化镓。

GaN的主要优势在于其更高的功率密度。这是由于其导带和价带之间的带隙高于LDMOS技术,从而提供了更高的击穿电压和功率密度。这使得信号能够以更高的功率传输,从而扩大基站的覆盖范围。

这种更高的功率密度还允许GaN功率放大器在高达250华氏度的高温下工作——这是硅基技术无法达到的水平。GaN改进的散热性能简化了系统的散热片和冷却需求,进一步减小了尺寸并降低了成本。

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GaN技术在机器人产业中的应用

机器人产业,特别是人形机器人领域,是功率氮化镓当前导入进度较慢但未来有着广阔应用空间的市场。根据TrendForce集邦咨询的最新研究,2025年各机器人大厂逐步实现量产的前提下,预估2027年全球人形机器人市场产值有望超越20亿美元,2024年至2027年间的市场规模年复合成长率将达154%。这一高速增长的市场前景,为氮化镓技术在机器人领域的应用提供了巨大的机遇。

氮化镓在机器人中的应用场景丰富,包括电机控制、激光雷达系统、DC-DC转换器以及电池BMS等。人形机器人的动力核心是电机与电机驱动芯片,电机驱动芯片是电机实现精准高效控制的关键。氮化镓技术导入电机驱动芯片后,为机器人驱动系统提供了更高的能效比、更优的热管理和更合理化的设计。

具体来看,氮化镓器件的应用提升了系统整体效率、减轻了重量和体积、延长了机器人使用寿命并增强其在各种工作环境中的可靠性。

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AI与电动汽车:GaN需求增长的主要驱动力

美国功率半导体制造商Navitas Semiconductor预测,2025年氮化镓(GaN)在数据中心和电动汽车(EV)领域的市场需求将持续增长。Navitas的增长主要集中在人工智能(AI)领域。其GaN和SiC AC-DC电源的数据中心客户渠道收入从2023年的7000万美元增长至1.65亿美元,几乎翻了一番。

公司计划在2026年上半年为车载充电生产第一份GaN EV合同,并已获得中国长安汽车的订单,为其新的启源E07电动汽车提供基于GaN的车载充电器(OBC)。

此外,Navitas还计划在2025年年中推出GaN太阳能微型逆变器,作为硅的替代品,以提高太阳能效率、减轻重量、缩小尺寸并降低成本。在消费电子领域,Navitas预计到2025年,GaN充电器将占据智能手机、平板电脑和笔记本电脑移动充电器市场的10%以上,并进一步扩展到中东、非洲、拉丁美洲和印度等新兴市场。


来源:镓特半导体

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