爱集微APP · 8月2日

【芯视野】出货将达5000万颗 快充加持的GaN正一飞冲天

2018年Anker发布全球首款GaN快充产品至今已有将近3年的时间,原本只用在军事等特定领域的这种半导体新材料已经在消费电子领域扎根开花。特别是2020全年,手机快充市场的爆发成为GaN大幅增长的主要贡献者。进入2021年,这种趋势仍未停止,各种GaN快充产品更是层出不穷,而随着苹果入局的可能性不断增长,无比巨大的市场空间正在向其敞开大门。

借手机快充一飞冲天

传统的充电器并非一无是处,只是渐渐跟不上手机和笔记本等设备的电力需求增长。这些设备在体技和重量上不断追求极致,只有GaN制作的充电器产品才能摆脱笨重的身躯和恼人的发热问题,与之理想匹配。

由于GaN技术在功率转换方面效率更高,它损失的热量更少。这意味着GaN基电源充电器的设计可以使用比硅晶体管的充电器更小、更便宜的元件。这就导致了GaN基充电器体积更小、重量更轻,同时仍然能够满足甚至超过最新设备的高功率需求。

虽然Anker将GaN引入了消费电子领域,不过其一开始只用在笔记本充电器中,所以还没有在业界掀起风浪。直到2019 年 9 月,OPPO 发布国内首款 GaN 充电器 SuperVOOC2.0,充电功率为65W。在这个一个标志性的事件之后,GaN终于正式进入了庞大又极具影响力的手机市场。

在2020年下半年,由于5G手机的竞相发布,为了解决功耗问题,快充产品开始大行其道,更让GaN如鱼得水。

这其中还有一个意外的原因,以苹果带头、三星跟进的取消配备充电器行为,为更多第三方进入快充市场创造了机遇,间接促成了GaN的爆发。由于苹果和三星有非常强势的风向标作用,其他手机厂商纷纷跟进,迫使消费者单独购买充电器,第三方快充的需求被彻底释放。

作为下一代的技术,GaN自然是受到了各厂商的追捧。除了OPPO、realme、小米、努比亚、三星、联想、中兴等手机厂商推出的产品之外,第三方厂商也是不遗余力地跟进,市场上20W-120W GaN快充产品已多达数百款。而据业内人士透漏,2021下半年发布的更多手机将会标配GaN充电器。

为这个市场点燃最后一把火的将是苹果入局。据预测,30W则极有可能成为苹果首款GaN产品。多家快充芯片、快充变压器、快充电源厂商及方案商皆表示,正在积极地着手布局30W GaN快充产品线。

不过,国内市场已是60W-100W规格的GaN充电器的天下,其中尤以65W为主流。业内人士分析认为,小米和OPPO、华为先后推出65W的GaN充电器上市,带动了第三方品牌代表的后端市场逐步起量。再者,笔记本电脑的适配器一般采用65W规格,更多的新型笔电更是采用了USB-C接口,将GaN充电器设定为65W即可坚固笔电和其他移动设备的充电需求。

还有一个重要的原因就是65W能提供更短的充电时间,对于普遍达到4000mA的5G旗舰手机,45分钟即可充满,10分钟可充至20%-30%,充分缓解充电焦虑问题。

不过,GaN充电器的普及还需通过数重关卡。首先是作为一个新鲜事物,市场的接受需要一定的培育期。另一个方面则是价格问题,GaN充电器价格是传统充电器的1倍以上,价格下探是其普及的重要前提。2018年,45W的GaN充电器价格是60美元,到去年小米的65W GaN充电器已经到了23美元,甚至第三方品牌做到99元。业内人士普遍预期,2022年底GaN充电器的价格会与传统充电器持平,那时将会成为市场的真正拐点。

不过,苹果的入局可能会加快这个进程。以苹果所带来的示范性作用,GaN将在全球市场的被接纳速度可能会大幅增加。相关机构已经给出了预期,2020年至2025年,全球GaN充电器市场规模将以94%的年复合增速持续扩大,到2025年将达638亿元。

黄金窗口期已经到来

大批量应用的直接作用就是GaN器件的价格大幅下降。在2021年初,GaN功率晶体管的重要厂商GaN Systems就宣布,其低电流,大批量GaN晶体管的价格已跌至1美元以下,这些晶体管通常用于智能手机和笔记本电脑以及各种消费品和工业应用的GaN充电器和AC适配器。

从全球著名分销商Mouser给出的数据来看,80%的在售GaN HEMT(GaN晶体管)产品为耐压650V,其2020年的平均价格约为2.73 元/A,较2019 年下降 23.5%。事实上,由于 疫情影响以及需求持续旺盛,导致原材料价格上涨;下游PD快充市场爆发,GaN芯片供不应求,尽管如此,价格仍然有所下降。据统计,2020年底面向 PD快充650V的GaN HEMT 实际成交价格区间已经下落到0.5元/A以内,与Si器件的价差已经缩小到1.5倍以内,具有较强的竞争力。

行业数据显示,在以电商客户为主的充电器市场,2019年GaN器件出货量约为300万-400万颗,2020年实现了5-6倍增长,总体出货1500-2000万颗,2021年GaN器件的出货量则有望达到5000万颗。

各厂商出货量纷纷创下新高,如纳微半导体(Navitas)向市场成功交付超过1800万颗GaN功率IC。而国内厂商英诺赛科累计出货也突破千万颗,并进入了努比亚、魅族、MOMAX、REMAX、品胜、ROCK等知名品牌的快充供应链,目前已经助力了60多家厂商的快充产品量产。

如今,苹果的入局将有望继续拉升全行业整体的出货量,因此相关企业纷纷走上了扩产之路。

当前,GaN功率器件基本都是硅基产品,因为工艺比较兼容,传统硅晶圆代工厂都在向这方面靠拢,包括台积电、世界先进、联电子公司联颖、富士通等。

纳微半导体的GaN芯片就是由台积电来代工的,网传其可能获得苹果的大单,因此台积电正在积极购买设备,以备扩产之需。据台湾媒体报道,台积电已加码购买GaN相关设备达 16台,比既有的六英寸厂内的6台增加2倍多,等于产能将增达逾万片左右,显示客户端下单需求扩大,纳微每月有超过100万颗的GaN功率IC经由台积电生产交货。

世界先进因为拥有大量8寸的设备,也在大力发展GaN-on-Si制造技术,但其着重点仍在于GaN-on-QST(与设备材料厂Kyma及投资的GaN硅基板厂Qromis 通力合作)。世界先进在最近5月法说上透露,其GaN-on-QST技术的客户验证成果不错,已有几个客户正在进行产品设计,预期最快Q4可小规模量产。

GaN制程开发同样是联电研发计划中的重点项目之一,主要由其持股81.58%的子公司联颖负责。联颖此前提供6寸砷化镓晶圆代工,目前携手联电切入GaN,初期将以6寸晶圆代工服务为主,未来会考虑迈向8寸。

在中国大陆,除了三安集成和海威华芯涉足此业务外,IDM模式仍是市场主流。为了能把握发展窗口期,不少IDM厂商也在扩产的路上争分夺秒。近期就有英诺赛科的8英寸硅基GaN产线宣布正式进入量产阶段。按当前计划,到2021年底,其产能可达6000片每月。此外,还有江苏能华等多家企业的扩产计划也都在进行当中。

作为最被看好的半导体材料,并且有快充等消费级应用的保驾护航,GaN的增长潜力正在被逐步挖掘出来。

著名的市场分析机构Yole已经给出了预测:2026年的主流会是消费者应用,这将会占GaN市场的61%,其将会以69%的CAGR,增长到约 6.72 亿美元。(校对|Andrew)

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集微网隆重推出“芯视野”专题,未来将客观反映行业高管对于热点事件的观点及分析报道。
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