GaN，竞争激烈

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据Yole预测，到 2029 年，多个增长点将推动功率GaN市场规模超过 22 亿美元。

Yole表示，功率 GaN 器件正在改变电力电子行业，推动市场在 2019 年至 2023 年期间增长 10 倍，预计 2023-2029 年市场规模将超过 20 亿美元，复合年增长率为 41%。

在消费电子领域，功率 GaN 正迅速成为快速充电器的首选技术，尤其是当功率水平达到 300W 时。这一领域对新进入者具有吸引力，因为它的市场准入门槛低，而且具有很大的批量潜力，最近 Qromis 的 QST 基板被集成到 Lakesemi 充电器中就是一个例证。此外，功率 GaN 正在进入过压保护 装置和家用电器领域。

在汽车和移动领域，功率 GaN 在各种应用中都越来越受欢迎。例如，100V GaN 器件现在用于 ADAS 的汽车 LiDAR 系统。预计 2-3 年内它将在汽车动力系统中得到广泛采用，尤其是在 11kW 以下的车载充电器 中。尽管面临来自硅技术的竞争，功率 GaN 也正在渗透到高端电动自行车和电动踏板车中。

在数据中心，与硅相比，基于 GaN 的 3kW 以上电源具有 80Plus 钛效率，可提供更好的外形尺寸和更具竞争力的价格。需要 lt;100V 设备的中间总线转换器 正在开发中，预计 3-4 年后 GaN 将得到大规模部署。电信行业将受益于 5G 基站不断增长的电力需求，尽管这个市场仍然比数据中心小。

此外，Power GaN正在扩展到工业、光伏和航空航天领域，进一步推动其增长。

整合加速，行业进行了重大并购

自 2023 年以来，Power GaN 领域经历了显著的整合，以重大并购为标志。突出的交易包括英飞凌以 8.3 亿美元收购 GaN Systems，以及瑞萨以 3.39 亿美元收购 Transphorm。

其他公司也在加强其 Power GaN 计划。例如，意法半导体正在法国图尔建立一个 8 英寸 GaN 制造工厂。Nexperia 正在汉堡开发其 e-mode 技术，最近在 SiC 和 GaN 上投资了 2 亿美元。三星正在建设其 GaN 产能，预计将于 2025-2026 年进入市场。市场领导者 Innoscience 和其他中国企业自 2018-2019 年以来一直在该市场投资，建立了庞大的生产能力。最近，在 2024 年 7 月，我们注意到 onsemi 发布了其首款 GaN 产品的技术论文，这是一款带有集成栅极驱动器的 SiP 器件。

此外，还有几家公司获得了大量资金，例如法国初创公司 Wise Integration，该公司在由 imec.xpand 领投的 B 轮融资中获得了 1640 万美元。我们预计未来将有更多电力电子 IDM 进入 Power GaN 行业。这种转变可能会导致 GaN 生态系统以 IDM 商业模式为主，而不是以无晶圆厂或轻晶圆厂模式为主。

与此同时，功率 GaN 行业也面临挫折，包括专门从事垂直功率 GaN 器件的 NexGen 和比利时 GaN 代工厂 BelGaN 的破产。这些事件凸显了挑战以及在一个仍然缺乏即时投资回报的市场中进行大量投资的必要性。政府和私人投资者的支持对于确保这项战略技术的未来至关重要。

基板、器件和系统层面的持续技术进步

GaN 外延是 HEMT 器件生产的关键步骤。它一直是各参与者优化的重点。领先的 MOCVD 设备供应商 Aixtron 推出了其最新平台 G10，与其他平台相比，该平台可将每片晶圆的外延成本降低 25%。此外，台湾代工厂 VIS 已建立 650V 8 英寸 GaN-on-QST 晶圆的大批量生产能力。Yole SystemPlus 最近的拆解分析发现，GaN-on-QST 技术首次应用于 Lakesemi 生产的充电器中。

截至 2024 年，主导技术仍然是 6 英寸硅基氮化镓，台积电是最大的生产商。然而，8 英寸硅基氮化镓正在获得关注，这得益于 Innoscience 等公司产能的增加以及其他 IDM 的新投资，包括图尔的意法半导体和菲拉赫和居林的英飞凌。设备制造商甚至正在开发 12 英寸 MOCVD 系统，英飞凌已经展示了第一个硅基氮化镓工艺。然而，预计未来五年内不会大规模生产和采用 12 英寸晶圆。

在器件层面，进步包括开发超过 1200V 的器件。Transphorm 和 Power Integrations 已经推出了使用蓝宝石衬底的产品。或者，Qromis 的 QST 衬底正在被利用，VIS 正在着手一个为期三年的项目——该项目于 2024 年 1 月启动——以开发 1200V GaN-on-QST 工艺。此外，600V/650V 双向器件代表了 2024 年的重大技术进步。Navitas 和 Infineon 等公司已经推出了这些器件，瞄准工业应用。双向 GaN 器件可以取代两个背对背连接的 Si MOSFET，从而大幅降低材料成本 (BOM)。

面临产能极速扩张挑战

Yole进一步指出，2023 年，电力电子市场总额为 238 亿美元，包括分立器件和模块，预计到 2029 年将以 7.0% 的复合年增长率23-29 增长至 357 亿美元；2023 年离散市场规模为 155 亿美元，预计到 2029 年将达到 195 亿美元，2023到2029年的复合年增长率为 3.9%。主要推动这一增长的应用是 xEV和直流充电基础设施。汽车和消费者是最大的细分市场；受电池储能系统、电动汽车直流充电器和 xEV 的推动，电源模块市场规模到 2029 年将达到近 162 亿美元，2023到2029年的复合年增长率为 12.0%。

Yole进一步指出，功率器件市场主要分为三种材料类型:Si、SiC 和 GaN。长期来看，氧化镓 可能是下一个有前途的功率器件半导体。硅仍将是该市场的主要组成部分，但 SiC 正凭借 xEV 和工业应用中的 SiC 模块获得发展势头。GaN 的主要应用仍将是消费者的电源，其次是电动汽车应用。

从长远来看，随着汽车和工业应用对电力电子设备的需求不断增长，晶圆的总需求也将增加。

为满足终端系统需求，电力用硅片需求将增长至4870万片8英寸当量/年，12英寸硅片需求的持续增长是硅片厂商关注的重点。GaN-on-Si 使用 6 英寸和 8 英寸晶圆。SiC 晶圆制造能力正在快速增长，导致供应过剩的情况——xEV 市场的需求低于预期，进一步加剧了这种情况。未来几年，主要的 SiC 晶圆直径将保持在 6 英寸，但 8 英寸晶圆的份额将不断增加。

在Yole看来，在产能激增之后，电力电子产业将进入整合阶段电力电子供应链在不断发展，受到以下不同因素的推动:晶圆和器件制造产能扩张；晶圆和器件制造商向更大晶圆直径发展；许多硅器件、氮化镓和碳化硅芯片新进者来自中国；晶圆、器件、封装和系统制造商的收购以及设备制造商正在扩展其技术组合；此外。系统制造商横向整合各种应用(光伏、风能、电动汽车直流充电基础设施、电池储能系统 (BESS)……)。

Yole表示，电力电子供应链经历了制造能力快速增长的时期，尤其是 SiC 和硅器件以及 SiC 晶圆。尽管电力电子应用具有可持续的驱动力，但目前对 xEV 的需求放缓，加上制造能力的快速增长，导致产能过剩，尤其是在 SiC 领域。这将导致供应链整合，推动技术创新、降价和新战略。合作机会将更多。未来几年还会出现更多并购！

中国公司在终端系统和电源转换器制造领域占据着非常强势的地位。它们在硅和碳化硅晶圆制造以及功率器件封装领域也拥有出色的覆盖范围。中国政府和中国公司正在努力完成中国仍然严重依赖外国供应商的最后一块拼图——裸片。中国功率器件制造商的市场份额有望在未来几年内增长。

与此同时，Yole指出，SiC 正在扩大其在工业应用领域的覆盖范围以及其与硅和 GaN 的竞争地位。如Yole 所说，转换器制造商拥有更多的半导体类型、器件电压/电流范围、封装、集成度等选择。由于器件厂商之间的竞争加剧，器件特性与转换器要求的匹配度更高，因此可以降低价格。

然而，这确实增加了为转换器选择最合适器件的复杂性。由于成本迅速下降、容量增加、技术改进以及新器件特性更适合工业应用，SiC 在工业应用中的覆盖范围和与硅和 GaN 的竞争地位正在不断提高。各种器件制造商及其客户已经推出了新的电压等级，并越来越多地采用这些等级。

总体趋势是采用更高的电压系统，这推动了对更高电压器件的需求。然而，需求仍然很小，一些厂商不愿意迈出制造高压器件的一步。这也是由于器件设计和制造的复杂性或公司缺乏合适的封装能力。晶圆直径正在增加:硅片为 8” 至 12”；SiC 从 6 英寸到 8 英寸 — 过渡到 8 英寸晶圆比预期的要复杂得多。一些参与者更愿意专注于大批量 6 英寸晶圆制造；硅基氮化镓则为 6 英寸至 8 英寸。

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