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據(jù)Yole預測，到 2029 年，多個增長點將推動功率GaN市場規(guī)模超過 22 億美元。

Yole表示，功率 GaN 器件正在改變電力電子行業(yè)，推動市場在 2019 年至 2023 年期間增長 10 倍，預計 2023-2029 年市場規(guī)模將超過 20 億美元，復合年增長率為 41%。

在消費電子領域，功率 GaN 正迅速成為快速充電器的首選技術，尤其是當功率水平達到 300W 時。這一領域?qū)π逻M入者具有吸引力，因為它的市場準入門檻低，而且具有很大的批量潛力，最近 Qromis 的 QST 基板被集成到 Lakesemi 充電器中就是一個例證。此外，功率 GaN 正在進入過壓保護 裝置和家用電器領域。

在汽車和移動領域，功率 GaN 在各種應用中都越來越受歡迎。例如，100V GaN 器件現(xiàn)在用于 ADAS 的汽車 LiDAR 系統(tǒng)。預計 2-3 年內(nèi)它將在汽車動力系統(tǒng)中得到廣泛采用，尤其是在 11kW 以下的車載充電器 中。盡管面臨來自硅技術的競爭，功率 GaN 也正在滲透到高端電動自行車和電動踏板車中。

在數(shù)據(jù)中心，與硅相比，基于 GaN 的 3kW 以上電源具有 80Plus 鈦效率，可提供更好的外形尺寸和更具競爭力的價格。需要 lt;100V 設備的中間總線轉(zhuǎn)換器 正在開發(fā)中，預計 3-4 年后 GaN 將得到大規(guī)模部署。電信行業(yè)將受益于 5G 基站不斷增長的電力需求，盡管這個市場仍然比數(shù)據(jù)中心小。

此外，Power GaN正在擴展到工業(yè)、光伏和航空航天領域，進一步推動其增長。

整合加速，行業(yè)進行了重大并購

自 2023 年以來，Power GaN 領域經(jīng)歷了顯著的整合，以重大并購為標志。突出的交易包括英飛凌以 8.3 億美元收購 GaN Systems，以及瑞薩以 3.39 億美元收購 Transphorm。

其他公司也在加強其 Power GaN 計劃。例如，意法半導體正在法國圖爾建立一個 8 英寸 GaN 制造工廠。Nexperia 正在漢堡開發(fā)其 e-mode 技術，最近在 SiC 和 GaN 上投資了 2 億美元。三星正在建設其 GaN 產(chǎn)能，預計將于 2025-2026 年進入市場。市場領導者 Innoscience 和其他中國企業(yè)自 2018-2019 年以來一直在該市場投資，建立了龐大的生產(chǎn)能力。最近，在 2024 年 7 月，我們注意到 onsemi 發(fā)布了其首款 GaN 產(chǎn)品的技術論文，這是一款帶有集成柵極驅(qū)動器的 SiP 器件。

此外，還有幾家公司獲得了大量資金，例如法國初創(chuàng)公司 Wise Integration，該公司在由 imec.xpand 領投的 B 輪融資中獲得了 1640 萬美元。我們預計未來將有更多電力電子 IDM 進入 Power GaN 行業(yè)。這種轉(zhuǎn)變可能會導致 GaN 生態(tài)系統(tǒng)以 IDM 商業(yè)模式為主，而不是以無晶圓廠或輕晶圓廠模式為主。

與此同時，功率 GaN 行業(yè)也面臨挫折，包括專門從事垂直功率 GaN 器件的 NexGen 和比利時 GaN 代工廠 BelGaN 的破產(chǎn)。這些事件凸顯了挑戰(zhàn)以及在一個仍然缺乏即時投資回報的市場中進行大量投資的必要性。政府和私人投資者的支持對于確保這項戰(zhàn)略技術的未來至關重要。

基板、器件和系統(tǒng)層面的持續(xù)技術進步

GaN 外延是 HEMT 器件生產(chǎn)的關鍵步驟。它一直是各參與者優(yōu)化的重點。領先的 MOCVD 設備供應商 Aixtron 推出了其最新平臺 G10，與其他平臺相比，該平臺可將每片晶圓的外延成本降低 25%。此外，臺灣代工廠 VIS 已建立 650V 8 英寸 GaN-on-QST 晶圓的大批量生產(chǎn)能力。Yole SystemPlus 最近的拆解分析發(fā)現(xiàn)，GaN-on-QST 技術首次應用于 Lakesemi 生產(chǎn)的充電器中。

截至 2024 年，主導技術仍然是 6 英寸硅基氮化鎵，臺積電是最大的生產(chǎn)商。然而，8 英寸硅基氮化鎵正在獲得關注，這得益于 Innoscience 等公司產(chǎn)能的增加以及其他 IDM 的新投資，包括圖爾的意法半導體和菲拉赫和居林的英飛凌。設備制造商甚至正在開發(fā) 12 英寸 MOCVD 系統(tǒng)，英飛凌已經(jīng)展示了第一個硅基氮化鎵工藝。然而，預計未來五年內(nèi)不會大規(guī)模生產(chǎn)和采用 12 英寸晶圓。

在器件層面，進步包括開發(fā)超過 1200V 的器件。Transphorm 和 Power Integrations 已經(jīng)推出了使用藍寶石襯底的產(chǎn)品。或者，Qromis 的 QST 襯底正在被利用，VIS 正在著手一個為期三年的項目——該項目于 2024 年 1 月啟動——以開發(fā) 1200V GaN-on-QST 工藝。此外，600V/650V 雙向器件代表了 2024 年的重大技術進步。Navitas 和 Infineon 等公司已經(jīng)推出了這些器件，瞄準工業(yè)應用。雙向 GaN 器件可以取代兩個背對背連接的 Si MOSFET，從而大幅降低材料成本 (BOM)。

面臨產(chǎn)能極速擴張?zhí)魬?zhàn)

Yole進一步指出，2023 年，電力電子市場總額為 238 億美元，包括分立器件和模塊，預計到 2029 年將以 7.0% 的復合年增長率23-29 增長至 357 億美元；2023 年離散市場規(guī)模為 155 億美元，預計到 2029 年將達到 195 億美元，2023到2029年的復合年增長率為 3.9%。主要推動這一增長的應用是 xEV和直流充電基礎設施。汽車和消費者是最大的細分市場；受電池儲能系統(tǒng)、電動汽車直流充電器和 xEV 的推動，電源模塊市場規(guī)模到 2029 年將達到近 162 億美元，2023到2029年的復合年增長率為 12.0%。

Yole進一步指出，功率器件市場主要分為三種材料類型:Si、SiC 和 GaN。長期來看，氧化鎵 可能是下一個有前途的功率器件半導體。硅仍將是該市場的主要組成部分，但 SiC 正憑借 xEV 和工業(yè)應用中的 SiC 模塊獲得發(fā)展勢頭。GaN 的主要應用仍將是消費者的電源，其次是電動汽車應用。

從長遠來看，隨著汽車和工業(yè)應用對電力電子設備的需求不斷增長，晶圓的總需求也將增加。

為滿足終端系統(tǒng)需求，電力用硅片需求將增長至4870萬片8英寸當量/年，12英寸硅片需求的持續(xù)增長是硅片廠商關注的重點。GaN-on-Si 使用 6 英寸和 8 英寸晶圓。SiC 晶圓制造能力正在快速增長，導致供應過剩的情況——xEV 市場的需求低于預期，進一步加劇了這種情況。未來幾年，主要的 SiC 晶圓直徑將保持在 6 英寸，但 8 英寸晶圓的份額將不斷增加。

在Yole看來，在產(chǎn)能激增之后，電力電子產(chǎn)業(yè)將進入整合階段電力電子供應鏈在不斷發(fā)展，受到以下不同因素的推動:晶圓和器件制造產(chǎn)能擴張；晶圓和器件制造商向更大晶圓直徑發(fā)展；許多硅器件、氮化鎵和碳化硅芯片新進者來自中國；晶圓、器件、封裝和系統(tǒng)制造商的收購以及設備制造商正在擴展其技術組合；此外。系統(tǒng)制造商橫向整合各種應用(光伏、風能、電動汽車直流充電基礎設施、電池儲能系統(tǒng) (BESS)……)。

Yole表示，電力電子供應鏈經(jīng)歷了制造能力快速增長的時期，尤其是 SiC 和硅器件以及 SiC 晶圓。盡管電力電子應用具有可持續(xù)的驅(qū)動力，但目前對 xEV 的需求放緩，加上制造能力的快速增長，導致產(chǎn)能過剩，尤其是在 SiC 領域。這將導致供應鏈整合，推動技術創(chuàng)新、降價和新戰(zhàn)略。合作機會將更多。未來幾年還會出現(xiàn)更多并購！

中國公司在終端系統(tǒng)和電源轉(zhuǎn)換器制造領域占據(jù)著非常強勢的地位。它們在硅和碳化硅晶圓制造以及功率器件封裝領域也擁有出色的覆蓋范圍。中國政府和中國公司正在努力完成中國仍然嚴重依賴外國供應商的最后一塊拼圖——裸片。中國功率器件制造商的市場份額有望在未來幾年內(nèi)增長。

與此同時，Yole指出，SiC 正在擴大其在工業(yè)應用領域的覆蓋范圍以及其與硅和 GaN 的競爭地位。如Yole 所說，轉(zhuǎn)換器制造商擁有更多的半導體類型、器件電壓/電流范圍、封裝、集成度等選擇。由于器件廠商之間的競爭加劇，器件特性與轉(zhuǎn)換器要求的匹配度更高，因此可以降低價格。

然而，這確實增加了為轉(zhuǎn)換器選擇最合適器件的復雜性。由于成本迅速下降、容量增加、技術改進以及新器件特性更適合工業(yè)應用，SiC 在工業(yè)應用中的覆蓋范圍和與硅和 GaN 的競爭地位正在不斷提高。各種器件制造商及其客戶已經(jīng)推出了新的電壓等級，并越來越多地采用這些等級。

總體趨勢是采用更高的電壓系統(tǒng)，這推動了對更高電壓器件的需求。然而，需求仍然很小，一些廠商不愿意邁出制造高壓器件的一步。這也是由于器件設計和制造的復雜性或公司缺乏合適的封裝能力。晶圓直徑正在增加:硅片為 8” 至 12”；SiC 從 6 英寸到 8 英寸 — 過渡到 8 英寸晶圓比預期的要復雜得多。一些參與者更愿意專注于大批量 6 英寸晶圓制造；硅基氮化鎵則為 6 英寸至 8 英寸。

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