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一、GaN电力电子器件在PD快充领域取得实质应用


4月24日晚,罗永浩老师向百万粉丝推荐倍思GaN PD快充,累积观看突破1000万人,并在 2 小时创下了 10000 笔成交,GaN PD快充已经走进了大众消费者。


图1  罗永浩带货GaN快充


GaN电力电子器件具有高开关频率、高能量密度和高能量转换效率的特点,能够使GaN PD快充实现更高功率、更小体积和更高转化效率,对于消费者而言能更加方便携带以及充电更快,将成为充电器升级的重要方向。

GaN快充已经成为华为、小米、oppo等国产手机新的卖点。目前,华为、小米,OPPO、魅族等7家手机品牌和洛克、京东京造、倍思等17家电商品牌分别推出了GaN PD快充产品,GaN电力电子器件在PD快充领域取得初步渗透。随着 GaN 技术的革新升级,性能及成本优势加持下,GaN 未来有望成为主流快充技术。


表1  部分品牌推出GaN PD快充产品

资料来源:充电头网,CSA Research


应用于PD快充的GaN 电力电子器件量产厂家主要包括PI、Navitas和英诺赛科,其中英诺赛科和华为是较早家进入供应链的国内企业。典型产品性能:PI SC1936C/SC1936C GaN芯片,击穿电压650V;纳微NV6115芯片,击穿电压650V,导通电阻170mΩ;纳微NV6117芯片,击穿电压650V,导通电阻120mΩ;英诺赛科INN650D02芯片,击穿电压650V,导通电阻200mΩ。


表2  PD快充的GaN 电力电子器件量产厂家

资料来源:充电头网,CSA Research


二、GaN电力电子器件在PD快充领域市场规模预测


我们预计2020年全球PD快充市场GaN电力电子器件市场规模达到1.79亿元,2025年71.45亿元,5年CAGR高达109.1%;2020年国内PD快充市场GaN电力电子器件市场规模达到0.94亿元,2025年38.92亿元,5年CAGR高达110.8%。另外,如果笔记本电脑、平板电脑、轻混电动汽车等都采用GaN快充,市场空间有望更大。


图2  PD快充市场GaN电力电子器件市场规模(亿元)

数据来源:CSA Research


根据Yole预测,2020-2023年GaN快充市场增速将达到55%,2023年GaN器件快充市场规模将达4.2亿美元,与我们预测的2023年全球PD快充市场GaN电力电子器件市场规模31.69亿元结果较为一致。

就整个消费电子行业的情况来看,GaN已经在全球主流的消费电子厂商中得到了关注和投入,GaN也正在伴随充电器快速爆发。综合性能和成本两个方面,GaN也有望在未来成为消费电子领域快充器件的主流选择。


三、国内GaN电力电子产业发展迅速


1.产业链条较为完整,IDM为主

目前国内已有超过40家GaN材料和器件生产企业,从上游衬底(衬底材料类型包括GaN、SiC 、Si以及蓝宝石)、GaN外延材料的制备,中游器件设计、制造、封测到下游的应用,产业链基本形成。国内GaN衬底的领军企业主要是苏州纳维和中镓半导体,电力电子器件的GaN外延材料生产企业主要是苏州晶湛半导体、苏州汉骅等;GaN电力电子器件的企业都是主要以IDM模式为主,代表企业有英诺赛科、华润微电子、耐威科技、士兰微、大连芯冠、海特高新以及江苏能华等。


图3  国内GaN电力电子器件产业链

资料来源:CSA Research


2.产业布局步伐加速,投资热度高涨

随着GaN在电力电子和微波射频领域快速渗透,GaN迎来了全国范围内大规模布局。据CSA Research统计,2020年1-4月份,中鸿新晶第三代半导体产业集群项目、天和通讯第三代半导体基地、聚能晶源(青岛)氮化镓产业化生产线等国内GaN相关项目相继落地,涉及金额高达350亿元,GaN产业布局进一步深化。国内主要GaN电力电子器件生产企业布局情况如表3所示。


表3  部分国内企业布局情况

资料来源:公司年报,CSA Research


四、存在问题及建议


1.企业规模较小,与国际巨头相比差距明显

从整体看,国内第三代半导体企业与国际领先企业依然存在明显差距。规模方面,国内GaN电力电子企业基本为初创企业,规模较小,技术和人才储备不足,造成与国际同类产品竞争中处于劣势地位;技术和产品方面,良率、质量稳定性方面不足;市场方面,国内企业话语权较小,目前仅有英诺赛科和华为进入PD快充供应链。

鼓励英诺赛科、三安集成、海威华芯、华润微电子、士兰微等国内第三代半导体龙头企业积极利用自身优势,通过合理并购,整合国内外产业链上下游资源,补齐发展短板,对标Cree和Qorvo,向世界一流企业迈进。


2.技术还不成熟,可靠性还需长时间验证

PD快充市场是GaN电力电子器件最先取得渗透、增长最快的市场,但是,目前中国氮化镓功率应用市场还处于起步阶段,市场对于氮化镓的认识还不够,相对于成熟的Si而言,GaN产业链目前并不成熟,价格偏高,可靠性、成本等各方面都不具压倒性优势。随着硅基氮化镓成本的降低以及可靠性的大幅提高,采用氮化镓材料的快充充电器或将成为行业的主流。

GaN快充市场已经爆发,价格是消费类电子产品的核心竞争力,GaN电力电子生产企业需加强研发投入,进一步改善生产工艺,提升良率,降低生产成本;需进一步加强高频开关电路设计、热管理和EMI,提升客户应用体验;GaN电力电子器件在快充领域的应用刚刚开启,面临质量稳定性和安全性等方面的问题,国内产业链企业还需加强合作,推动GaN电力电子器件在PD快充应用中不断试错和改进。


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