自去年以來，氮化鎵（GaN）功率半導體市場可謂熱鬧非凡。英飛淩、瑞薩電子、格芯等頭部大廠紛紛開始並購GaN技術公司，強化在GaN領域的技術儲備。雖然GaN在快充領域套用已經日漸成熟，但隨著新興產業如電動汽車、人工智能、機器人等逐漸發展，對更高功率更低能耗的要求，將促發氮化鎵器件逐漸取代傳統矽基器件，氮化鎵在這些高價值場景的商業化套用漸次鋪開，也因此驅使半導體大廠在氮化鎵領域紛紛積極布局。
GaN有何優勢？
作為第三代半導體的代表，氮化鎵（GaN）是由氮和鎵組成的極其穩定的化合物半導體，也稱為寬禁帶半導體材料，具有更高的擊穿強度、更快的開關速度、更高的導熱效率、高電子漂移速度和遷移率、更低的導通電阻，可以實作優異的散熱效能、更低的能耗、更小的器件體積。
在制造方面，GaN晶體可以在各種襯底上生長，包括藍寶石、碳化矽（SiC）和矽（Si）。在矽上進行GaN外延層生產可以使用現有的矽制造設施，從而無需使用高成本的特定生產設施，而且可采用低成本、大直徑的矽晶片。
氮化鎵的這些特性，使其可以廣泛套用於高功率器件、5G射頻、微波電子器件、發光二極管（LED）領域，相比矽基器件、乃至第二代半導體材料（比如砷化鎵GaAs）擁有更出色的效能優勢。
GaN行業掀起並購潮，未來或出現更多整合
近年來，氮化鎵技術的價值越發受到半導體廠商的重視，開始積極參與該領域的競爭，期望透過布局抓住功率器件新的增長契機。
2023年3月，英飛淩宣布將以8.3億美元收購加拿大GaN技術廠商GaN Systems，雙方已簽署最終協定。這也是目前為止行業內金額最大的一筆收購。英飛淩還將斥資20億歐元擴大在馬來西亞居林和奧地利菲拉赫工廠的氮化鎵和碳化矽芯片的產能。英飛淩功率和傳感器系統總裁懷特表示，英飛淩特別看好氮化鎵（GaN）芯片。該公司預測，到2027年，氮化鎵芯片市場將以每年56%的速度增長。
2024年6月20日，汽車芯片大廠瑞薩電子宣布已完成對GaN功率半導體全球供應商Transphorm的收購。根據協定，瑞薩子公司將以每股5.10美元現金收購Transphorm所有已發行普通股，該公司估值約為3.39億美元。隨著收購的完成，瑞薩電子將立即開始提供基於GaN的功率產品和相關參考設計，以滿足對寬禁帶半導體產品日益增長的需求。
2024年7月，晶圓代工大廠格芯（GlobalFoundries）宣布收購Tagore Technology的功率GaN技術及知識產權組合，後者的工程師團隊將加入格芯。格芯表示，此次收購擴大了公司的電源IP產品組合，並拓寬GaN IP的獲取渠道。
行業內普遍認為，未來氮化鎵企業將更多轉向IDM模式，即覆蓋從設計到制造的全產業流程，從而更好借助規模化和產業協同的效應推動商業化發展。這也意味著，半導體大廠如果想要盡快開展相關布局，最佳的方法即是整合現有成熟GaN功率半導體企業，借助已有專利和成熟產品迅速進入該領域。
GaN市場前景廣闊，多種場景全面「開花」
行業內的並購興起，一定程度上也反映出半導體大廠對氮化鎵技術套用前景看好。早在2010年3月，EPC就交付了第一款商用eGaN FET。目前，氮化鎵已經在智能電話、家電等消費電子市場領域擁有較高滲透率，正在加速向高功率的工業、伺服器及汽車市場發展。
自2023年生成式人工智能（AI）爆發以來，AI伺服器的需求大漲。而高效能的AI伺服器也對伺服器電源功率密度、能效提出了更高的要求。
數據中心采用GaN功率器件不僅可以實作更高功率規格，更可以減少功率轉換中帶來的能耗，據估計，如果現在全球采用矽器件的數據中心都升級為氮化鎵器件，那麽全球數據中心的能源浪費將減少30至40%，相當於減少了1.25億噸的二氧化碳排放。
另外，人形機器人由於運動模式更為復雜，它的電機驅動需要更高的功率密度、效率和響應速度，氮化鎵能夠更好地滿足這些需求。
正因如此，多家氮化鎵廠商如TI、英飛淩以及EPC等推出了針對AI伺服器和人形機器人的產品。例如EPC已經在數據中心電源系統上累計了數十億小時的現場經驗，針對數據中心推出了40余款產品，幫助工程師減少產品的上市時間和開發成本。今年4月，EPC推出了針對機器人領域電機驅動的EPC9193，幫助實作更高精度的控制以及更大的扭矩。
電動汽車是另外一個氮化鎵大有可為的市場。隨著汽車電動化、自動駕駛等技術的發展，汽車對於功率器件的轉換效率要求也越來越高，而電池系統從400V平台向800V平台遷移，也帶動了眾多汽車功率器件開始轉向具備更耐高壓、更高功率的材料。
雖然目前電動汽車大多在高壓場景下套用碳化矽器件，但是氮化鎵在速率和效率方面相對於碳化矽具有顯著優勢。特別是在高頻套用方面，氮化鎵因為具有較高的電子遷移率和較低的損耗而表現出色。因而在電動汽車內優勢領域與碳化矽呈現互補態勢。
EPC聯合創始人兼行政總裁Alex Lidow認為，氮化鎵技術將主要在以下四個方面推動車載系統的發展，也即車載資訊娛樂系統DC-DC轉換、無刷直流汽車電機、激光雷達、以及48V輕混動力（MHPV）汽車。作為率先開發出車規級氮化鎵技術的企業之一，EPC在去年2月就推出了80V、透過AEC-Q101認證的GaN FET EPC2252，為設計人員提供比矽基MOSFET更小和更高效的解決方案，可用於車規級激光雷達、48V/12V DC/DC轉換和低電感電機驅動器。
作為MOSFET技術的共同發明者，Alex 表示矽基器件已經走到了技術極限，而新興的氮化鎵技術則來到了發展的臨界點，工程師在已經成熟的套用場景當中認識到了氮化鎵的價值，從而推動氮化鎵進入更多領域。
市場研究機構Yole Group 的報告【功率氮化鎵（2024 年版）】預計，得益於氮化鎵在汽車和伺服器等高端套用場景中的套用，到 2029 年功率GaN市場規模將超過 25 億美元。
面對需求興起帶來的商機，GaN廠商顯然也在采取行動，透過各種技術路線抓住機會，滿足市場需求。據悉，本月底在深圳舉辦的PCIM Asia 2024將會匯聚包括長飛先進半導體、英飛淩、EPC等國內外一線GaN廠商，他們將展出最新的產品組合，同時揭示氮化鎵領域的最新趨勢。PCIM是專註電力電子器件產業鏈的世界級綜合性展會。EPC屆時將展出最新一代的GaN FET和IC，作為業內全面的基於氮化鎵的電力轉換解決方案，其產品涵蓋了針對AI伺服器、自動駕駛以及人形機器人場景等的套用。英飛淩則將透過3大展區（綠色能源與工業、電動交通和電動出行、高能效與智能家居）展示120多件展品。
編輯：芯智訊-浪客劍
