目前，新能源汽車領(lǐng)域已成為碳化硅（SiC）最熱門和最大規(guī)模的應(yīng)用市場，各大碳化硅相關(guān)廠商動作頻頻。與此同時，和碳化硅同為第三代半導(dǎo)體代表材料的氮化鎵（GaN），在新能源汽車市場的應(yīng)用潛力也在日益顯現(xiàn)，研發(fā)熱度不斷上漲。近日，圍繞車用氮化鎵逆變器，有國際知名廠商開啟了新一輪合作。
12月6日，據(jù)外媒報道，氮化鎵器件廠商VisIC與移動技術(shù)公司AVL（在汽車行業(yè)以及鐵路、海洋和能源等領(lǐng)域提供開發(fā)、仿真和測試服務(wù)）達(dá)成合作，共同研發(fā)電動汽車（EV）用高效率氮化鎵逆變器技術(shù)。
發(fā)力氮化鎵車用場景，VisIC持續(xù)擴(kuò)展合作伙伴朋友圈
這是2024年下半年以來，VisIC為深化氮化鎵車用布局達(dá)成的又一次合作。目前，VisIC的氮化鎵車用業(yè)務(wù)已攜手化合物半導(dǎo)體材料供應(yīng)商IQE、全球電子行業(yè)器件組裝和封裝材料廠商賀利氏和燒結(jié)設(shè)備制造商PINK等企業(yè)。
具體來看，去年9月，VisIC與IQE達(dá)成戰(zhàn)略合作，攜手開發(fā)用于電動汽車逆變器的高可靠性D-Mode氮化鎵產(chǎn)品。利用IQE在氮化鎵技術(shù)方面的成熟專業(yè)知識，VisIC和IQE將在IQE的英國工廠合作開發(fā)200mm（8英寸）D-Mode氮化鎵功率外延片。
而在今年7月，VisIC宣布已與賀利氏和PINK達(dá)成合作，致力于打造出一款更適合電動汽車應(yīng)用的功率模塊，加速GaN技術(shù)在電動汽車應(yīng)用中的普及，VisIC的D3GaN技術(shù)是這款功率模塊的核心。
氮化鎵在車用領(lǐng)域究竟有怎樣的應(yīng)用優(yōu)勢，吸引了VisIC在短期內(nèi)多次加碼相關(guān)應(yīng)用合作？
助燃新能源汽車產(chǎn)業(yè)，氮化鎵也有用武之地
說起氮化鎵，人們首先想到的或許是快充。早在2021年10月，蘋果推出了旗下首款搭載氮化鎵技術(shù)的充電器，并在全球范圍內(nèi)率先支持USB PD3.1快充標(biāo)準(zhǔn)，一舉刷新了USB PD充電器單口輸出最高功率，達(dá)到140W。
盡管目前氮化鎵已經(jīng)在低功率的手機(jī)快速充電器中被大規(guī)模采用，并正在向可靠性要求更為嚴(yán)格的筆電、家電電源等細(xì)分領(lǐng)域延伸，但氮化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)不止消費(fèi)電子領(lǐng)域。
據(jù)悉，氮化鎵通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領(lǐng)域，微波射頻方向包含了5G通信、雷達(dá)預(yù)警、衛(wèi)星通訊等；電力電子方向包括了智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)電子等；光電子方向則包括了LED、激光器、光電探測器等。
在諸多應(yīng)用場景當(dāng)中，新能源汽車、AI數(shù)據(jù)中心、機(jī)器人有望成為除消費(fèi)電子外，氮化鎵廠商未來重點投入的幾大細(xì)分市場。
其中，AI技術(shù)的演進(jìn)，帶動算力需求持續(xù)攀升，CPU/GPU的功耗問題日益顯著。為了應(yīng)對更高端的AI運(yùn)算，服務(wù)器電源的效能、功率密度必須進(jìn)一步提高，氮化鎵已成為關(guān)鍵解決技術(shù)之一。在機(jī)器人等電機(jī)驅(qū)動場景，氮化鎵的應(yīng)用潛力也在逐漸浮現(xiàn)。
而在目前十分火熱的新能源汽車市場，豐田、寶馬等車企以及氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)已開始將氮化鎵用于汽車的各個部分，特別是在車載充電機(jī)（OBC）和高壓直流轉(zhuǎn)換器等關(guān)鍵部位。有數(shù)據(jù)顯示，將氮化鎵器件應(yīng)用于新能源汽車的車載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等部件時，可在節(jié)能70%的同時使充電效率達(dá)到98%，增加5%續(xù)航。
本次VisIC與AVL公司合作，則是聚焦新能源汽車更為關(guān)鍵的主驅(qū)逆變器產(chǎn)品，有望進(jìn)一步擴(kuò)大氮化鎵車用范圍。未來，隨著氮化鎵耐壓能力的進(jìn)一步提升，在可承受800V甚至1200V高電壓而又具備更高性價比時，氮化鎵在新能源汽車等高壓應(yīng)用市場的存在感將進(jìn)一步增強(qiáng)。
玩家齊發(fā)力，氮化鎵車用未來可期
根據(jù)TrendForce集邦咨詢最新報告《2024全球GaN Power Device市場分析報告》顯示，2023年全球GaN功率元件市場規(guī)模約2.71億美元，至2030年有望上升至43.76億美元，CAGR（復(fù)合年增長率）高達(dá)49%。其中非消費(fèi)類應(yīng)用比例預(yù)計會從2023年的23%上升至2030年的48%，汽車、數(shù)據(jù)中心和電機(jī)驅(qū)動等場景為核心。
TrendForce集邦咨詢預(yù)計，至2025年左右，氮化鎵將小批量地滲透到低功率OBC和DC-DC中。再遠(yuǎn)到2030年，OEM或考慮將該技術(shù)移入到牽引逆變器。在此背景下，全球氮化鎵相關(guān)廠商紛紛加速布局，并取得了一定的進(jìn)展。
車載OBC被視為氮化鎵技術(shù)最佳突破點，第一個符合汽車AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)的功率氮化鎵產(chǎn)品在2017年由Transphorm（現(xiàn)Renesas-瑞薩電子）發(fā)布。
近年來，針對新能源汽車主驅(qū)逆變器、OBC、DC-DC轉(zhuǎn)換器、激光雷達(dá)等各類應(yīng)用，意法半導(dǎo)體、安森美、英飛凌、EPC、納微、Transphorm、VisIC等各大廠商紛紛進(jìn)行了相關(guān)探索，并推出了部分產(chǎn)品。
整體來看，雖然氮化鎵進(jìn)入主驅(qū)逆變器、OBC等動力系統(tǒng)部件還面臨著一些技術(shù)問題，但相信在上述功率器件大廠持續(xù)投入資源的推動下，氮化鎵有望成為新能源汽車功率部件中的關(guān)鍵角色。（文：集邦化合物半導(dǎo)體Zac）
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