新型的GaN快充與傳統(tǒng)快充相比，由于GaN充電器擁有更大的功率密度，所以能夠?qū)崿F(xiàn)更快的充電速度；同時，由于具有更高的能量轉(zhuǎn)化效率，所以GaN快充具有更低的功耗并減少發(fā)熱，此外，GaN功率器件的開關(guān)頻率顯著高于傳統(tǒng)快充中的Si功率器件，因此可以實現(xiàn)體積更小的充電器產(chǎn)品設(shè)計，有望成為快充技術(shù)升級的重要方向。

 

 

　　在國內(nèi)，氮化鎵被稱為第三代半導(dǎo)體材料（又稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料）。GaN的禁帶寬度、電子飽和遷移速度、擊穿場強和工作溫度遠遠大于Si和GaAs，具有作為電力電子器件和射頻器件的先天優(yōu)勢。

 

　　目前第三代半導(dǎo)體材料以SiC和GaN為主。相較于SiC，GaN材料的優(yōu)勢主要是成本低，易于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。盡管耐壓能力低于SiC器件，但優(yōu)勢在于開關(guān)速度快。同時，GaN如果配合SiC襯底，器件可同時適用高功率和高頻率。

 

　　目前業(yè)界已推出多種快充技術(shù)方案，主要包括高通QuickCharge技術(shù)、OPPO VOOC閃充技術(shù)、聯(lián)發(fā)科PumpExpress技術(shù)、華為Super Charge技術(shù)、vivo SUPER Flash Charge技術(shù)和USB3.1 PD充電技術(shù)等。隨著智能手機等應(yīng)用市場對快充產(chǎn)品需求的持續(xù)提升，快充產(chǎn)業(yè)將保持快速發(fā)展趨勢。

 

　　氮化鎵充電器最主要的成本來自于氮化鎵MOS功率芯片，昂貴的原材料導(dǎo)致了消費級氮化鎵充電器價格高昂，但氮化鎵充電器是實現(xiàn)快充突破的關(guān)鍵，未來將成為各大主流手機廠商的標(biāo)配，隨著應(yīng)用的逐步擴大，規(guī)模化效應(yīng)會逐步凸顯，成本將越來越低。未來如果蘋果也開始采用氮化鎵的充電器，氮化鎵充電器的滲透率會加速上升。

 

　　2013年高通發(fā)布快充技術(shù)，起步階段只是在手機充電器領(lǐng)域使用，一年之內(nèi)成為安卓手機的標(biāo)配。快充手機和充電器滲透率迅速提升。

 

　　無線充電起步階段只在三星高端機使用，現(xiàn)在已經(jīng)滲透到各品牌的旗艦機。預(yù)計氮化鎵充電器，2020年只是在少數(shù)高端機型上作為標(biāo)配產(chǎn)品，獨立的氮化鎵充電器是主要產(chǎn)品。根據(jù)快充和無線充電發(fā)展規(guī)律，預(yù)計2021年氮化鎵充電器有望會成為旗艦手機標(biāo)配。

 

　　隨著技術(shù)的突破，產(chǎn)品價格降低，氮化鎵成為最重要的半導(dǎo)體材料，使行業(yè)產(chǎn)生巨大變革，GaN（氮化鎵）市場將迎來爆發(fā)。

 

　　氮化鎵應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

 

　　GaN應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，目前氮化鎵器件有三分之二應(yīng)用于軍工電子，如軍事通訊、電子干擾、雷達等領(lǐng)域；在民用領(lǐng)域，氮化鎵主要被應(yīng)用于通訊基站、功率器件等領(lǐng)域。

 

　　基站建設(shè)將是氮化鎵市場成長的主要驅(qū)動力之一。Yoledevelopment數(shù)據(jù)顯示，2018年，基站端氮化鎵射頻器件市場規(guī)模不足2億美元，預(yù)計到2023年，基站端氮化鎵市場規(guī)模將超5億美元。氮化鎵射頻器件市場整體將保持23%的復(fù)合增速，2023年市場規(guī)模有望達13億美元。

 

　　氮化鎵基站PA的功放效率較其他材料更高，因而能節(jié)省大量電能，且其可以幾乎覆蓋無線通訊的所有頻段，功率密度大，能夠減少基站體積和質(zhì)量。

 

　　功率器件領(lǐng)域，GaN器件在高頻、高轉(zhuǎn)換效率、低損耗、耐高溫上具有極大的優(yōu)勢，隨著5G手機耗電量增加，大功率快充將成為標(biāo)配，同時手機、筆電、平板電腦等終端產(chǎn)品充電器將趨于歸一化。光電領(lǐng)域，GaN器件應(yīng)用在LED、VCSEL傳感器等領(lǐng)域。

 

　　Yoledevelopment數(shù)據(jù)顯示，2018年GaN功率電子器件國內(nèi)市場規(guī)模約為1.2億元，尚處于應(yīng)用產(chǎn)品發(fā)展初期，但未來市場空間有望持續(xù)拓展，在市場樂觀預(yù)期下2023年GaN功率電子市場規(guī)模有望達到4.24億美元。氮化鎵射頻市場規(guī)模將于2023年增長至13億美元，復(fù)合增速為22.9%。下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)整體保持穩(wěn)定，以通訊與軍工為主，二者合計占比約為80%。.

 

　　氮化鎵主要增長點：電源和射頻芯片

 

　　1.電源芯片將是GaN短期推動力

 

　　在電源芯片方面（主要是充電器芯片），受到小米，VIVO等廠商的推動，充電器將會成為GaN市場發(fā)展的短期推動力。伴隨著GaN產(chǎn)量的上升，GaN芯片的制造成本也會快速下降，形成消費電子類GaN市場。

 

　　根據(jù)材料深一度援引Yole數(shù)據(jù)，2018年GaN功率器件國際市場規(guī)模中，電源設(shè)備領(lǐng)域占比55%，其次是激光雷達，占比達到26%，其他下游應(yīng)用如包絡(luò)跟蹤、無線電源等。GaN在電源設(shè)備的應(yīng)用還包括手機的快速充電及無線充電等，隨著消費電子朝小型化，智能化發(fā)展，GaN將擁有更多應(yīng)用場景。電源驅(qū)動芯片主要廠商有：圣邦股份和富滿電子等。

 

　　2.射頻芯片將是GaN長期推動力

 

　　射頻領(lǐng)域是GaN目前滲透率較高、未來發(fā)展前景大的產(chǎn)業(yè)，尤其是用于價格敏感度較低的基站建設(shè)和改造，GaN射頻芯片已經(jīng)在少部分基站投入使用，由于GaN耐壓高，高頻特性好，特別是在毫米波上的的優(yōu)勢，在5G基站領(lǐng)域需求強烈。

 

　　氮化鎵將占射頻器件市場半壁江山。在射頻器件領(lǐng)域，目前LDMOS（橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體）、GaAs（砷化鎵）、GaN（氮化鎵）三者占比相差不大，但據(jù)Yoledevelopment預(yù)測，至2025年，砷化鎵市場份額基本維持不變的情況下，氮化鎵有望替代大部分LDMOS份額，占據(jù)射頻器件市場約50%的份額。

 

　　據(jù)YoleDevelopment數(shù)據(jù)，目前GaN在射頻市場（除手機PA）的市占率超過20%，未來GaN將替代LDMOS，預(yù)計通信領(lǐng)域RF用GaN市場規(guī)模將從2017年的1.5億美元增長到2023年的5.6億美元。

 

　　在軍用市場，GaN射頻器件需求快速增長，根據(jù)《第3代半導(dǎo)體發(fā)展概述及我國的機遇、挑戰(zhàn)與對策》數(shù)據(jù)，僅戰(zhàn)斗機雷達對GaN射頻功率模塊的需求就將達到7500萬只。

 

　　目前，美國海軍新一代干擾機吊艙及空中和導(dǎo)彈防御雷達（AMDR）已采用GaN射頻功放器件替代GaAs器件。根據(jù)該期刊論文援引Yole的預(yù)測，2020年末，GaN射頻器件市場規(guī)模將達到7.5億美元，年均復(fù)合增長率20%。

 

　　氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈將迎快速發(fā)展

 

　　隨著智能手機等應(yīng)用市場對快充產(chǎn)品需求的持續(xù)提升，快充產(chǎn)業(yè)將保持快速發(fā)展趨勢，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司有望率先受益。快充產(chǎn)業(yè)鏈的上游為快充方案設(shè)計，以及GaN、電容器、連接器及線束、充電接口等電子原材料或電子元器件，中游為充電器模塊、快充芯片、電源管理芯片、電芯和電芯PACK，下游則為各類充電應(yīng)用。

 

　　其中GaN（氮化鎵）產(chǎn)業(yè)鏈包括上游原材料、中游器件模塊和下游應(yīng)用。

 

　　上游原材料基本包括襯底、外延片

 

　　襯底廠商主要有：蘇州納維、東莞中鎵、住友電氣、三菱化學(xué)等；

 

　　外延片廠商有：晶湛半導(dǎo)體、江蘇能華、華功半導(dǎo)體、大連芯冠、英國IQE、美國Allos等。

 

　　國外主要廠商方面，硅基襯底主要供應(yīng)商有德國Siltronic、日本Sumco、日本Shin-Etsu等企業(yè)，而日本的NTT-AT、比利時的EpiGaN和英國的IQE等則是硅基GaN外延片的主要供應(yīng)商。部分廠商則在產(chǎn)業(yè)鏈上延伸，同時生產(chǎn)外延片及器件制造，例如Episil、Bridg、Fujitsu等。

 

　　中游器件模塊環(huán)節(jié)包括設(shè)計、制造、封測、IDM

 

　　設(shè)計廠商主要有：海思半導(dǎo)體、中興微電子、安譜隆等、Dialog等；

 

　　制造環(huán)節(jié)廠商主要有：三安光電、臺積電等；

 

　　封測廠商有：富滿電子等；

 

　　IDM廠商有：士蘭微、英飛凌、恩智浦、住友電氣等；

 

　　下游應(yīng)用包括消費電子、數(shù)據(jù)中心、電源、電力電子。

 

　　目前主流氮化鎵生產(chǎn)廠家依舊集中在美、歐、日等國，我國企業(yè)尚未進入供給端第一梯隊。

 

　　初創(chuàng)型的公司比如EPC，Transphorm，GaN system和Navitas主要選擇fabless模式，代工廠有臺積電，Episil。EPC宣布低壓晶圓級封裝產(chǎn)品價格和硅相同。同時傳統(tǒng)的IDM公司比如德州儀器，英飛凌，意法半導(dǎo)體和松下等也參與競爭，比如英飛凌在2018年批量600V E-mode HEMT，意法半導(dǎo)體和CEA Leti合作8寸的GaN-on-Si技術(shù)。

 

　　氮化鎵刺激功率半導(dǎo)體市場繁榮

 

　　在今年的CES2020上，包括Anker在內(nèi)的30家廠商推出了66款氮化鎵快充產(chǎn)品。現(xiàn)在小米再緊接著推出氮化鎵充電器，將把這個市場需求進一步擴大。伴隨著GaN在消費電子行業(yè)中的普及，GaN芯片的設(shè)計、制造成本將快速下降，進一步刺激市場應(yīng)用普及。

 

　　氮化鎵領(lǐng)域的投資機會將呈現(xiàn)由點到面，多領(lǐng)域相互促進的態(tài)勢。第一層，GaN充電器已經(jīng)走進消費電子，將迎來快速爆發(fā)；第二層，疫情過后，國內(nèi)市場5GSub-6GHz基站建設(shè)需求加速回補，美國市場5G毫米波建設(shè)如期推進，全球5G基站建設(shè)將刺激射頻GaN和電源GaN的應(yīng)用普及；第三層，隨著GaN產(chǎn)品在消費電子滲透率提升和5G基建剛需的帶動下，成本下降，應(yīng)用場景將進一步擴大到新能源汽車、激光雷達、數(shù)據(jù)中心等，從而刺激功率半導(dǎo)體市場繁榮。