隨著半導(dǎo)體器件對(duì)性能、效率、小型化要求的不斷提高，明星產(chǎn)品GaN在電力電子領(lǐng)域中扮演的角色也越來越重要。

最近，芯八哥“走進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈”欄目記者采訪了國內(nèi)氮化鎵IDM的新銳企業(yè)致能科技的市場總監(jiān)高飛，探討在以氮化鎵等為代表的第三代半導(dǎo)體蓬勃發(fā)展的背景下，當(dāng)前IDM模式企業(yè)的生存與發(fā)展之道。

已實(shí)現(xiàn)低中高壓全品線布局，為公司未來增長提供了完善的產(chǎn)品矩陣支持

據(jù)了解，致能科技成立于2018年，專注于寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵功率器件在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，公司的發(fā)展勢(shì)頭愈發(fā)亮眼，已研發(fā)出了650V、900V系列多款GaN功率器件，可廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)、光伏儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等領(lǐng)域。

致能科技部分氮化鎵量產(chǎn)產(chǎn)品
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型號(hào)	電阻(mΩ)	電壓(V)	封裝
ZN65C1R400	400	650	DFN5*6 TO252
ZN65C1R1000	1000	650	DFN5*6
ZN65C1R200	200	650	DFN 8*8 TQ220FP TO252
ZN65C1R120	120	650	DFN 8*8 TO220FP TO252 TOLL
ZN65C1R070	70	650	DFN 8*8TO220FP TOLL
ZN65C1R035	35	650	TOLL TO247
ZN90C1R550	50	900	TO220
ZN90C1R300	300	900	TO220  TO252
ZN90C1R1100	1100	900	TO247

資料來源：致能科技

在消費(fèi)電子小功率場景，氮化鎵由于具有低導(dǎo)通損耗、高開關(guān)頻率等優(yōu)良特性，能夠以更低的成本實(shí)現(xiàn)更小的體積以及更高的功率密度，目前已經(jīng)在PD快充、電源適配器等領(lǐng)域成為了行業(yè)標(biāo)配。

需求方面，2018年前后氮化鎵快充開始在國內(nèi)市場興起，從最初的5W到現(xiàn)在已經(jīng)更新迭代到了最高的300W，即使面臨全球消費(fèi)市場疲軟的沖擊，但OPPO、vivo、小米、聯(lián)想、戴爾等廠商每年20億臺(tái)消費(fèi)電子設(shè)備的基本盤仍然能為氮化鎵企業(yè)帶來30億顆GaN芯片的市場機(jī)會(huì)；從價(jià)值量來看，隨著充電器高功率的發(fā)展趨勢(shì)，一個(gè)電源適配器氮化鎵器件的使用量已經(jīng)由1顆逐漸增加至3顆，單件價(jià)值量可提升2-3倍，這為GaN芯片廠商快速放量，實(shí)現(xiàn)從0到1的突破提供了充分的市場土壤。

基于創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)對(duì)氮化鎵的充分認(rèn)知，致能科技選擇以市場更為成熟低功率的消費(fèi)電子領(lǐng)域作為切入點(diǎn)，很快向市場推出了ZN65C1R400、ZN65C1R1000、ZN65C1R200、ZN65C1R120、ZN65C1R070等多個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品，并且憑借業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在下游眾多知名客戶中實(shí)現(xiàn)了批量出貨。

以某客戶240W的氮化鎵產(chǎn)品為例，該產(chǎn)品采用有橋PFC+雙管反激全GaN方案，使用的是致能科技自主研發(fā)cascode結(jié)構(gòu)的D-GaN ZN65C1R070L與ZN65C1R0200L氮化鎵芯片，結(jié)合了致能科技最新的高壓GaN HEMT和低壓硅MOSFET技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)突出的可靠性和性能。此外，該器件的柵極電荷比普通硅MOS低8倍，能夠大幅降低器件的驅(qū)動(dòng)損耗與開關(guān)損耗，在230Vac和48V輸出條件下，四點(diǎn)平均能效能達(dá)到95%，表現(xiàn)成績非常優(yōu)異。

致能科技240W雙管反激方案電源
資料來源：致能科技

致能科技市場總監(jiān)高飛表示：隨著PD快充與電源適配器行業(yè)的發(fā)展，更大容量電池供給與更短充電時(shí)間需求不匹配的矛盾在不斷增長，而氮化鎵功率芯片由于具有充電快、開關(guān)頻率高、低傳導(dǎo)損耗等特點(diǎn)可以很好的解決傳統(tǒng)電源適配器中 Si MOSFET 充電慢、體積大的痛點(diǎn)。針對(duì)消費(fèi)電子小功率市場的需求，目前致能科技已經(jīng)向市場推出了一系列一代650V氮化鎵器件，憑借公司領(lǐng)先的外延技術(shù)、自主開發(fā)的DHTOL、ALT等設(shè)備以及超高穩(wěn)定的良率等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，公司在競爭激烈的消費(fèi)電子市場依然能夠提供具性價(jià)比的產(chǎn)品，這為公司作為初創(chuàng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速自我造血提供了重要支撐。

在小功率市場實(shí)現(xiàn)批量出貨后，致能科技也加大了在工控、儲(chǔ)能、通訊基站、服務(wù)器、新能源汽車等更廣闊市場中大功率產(chǎn)品的研發(fā)力度。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，目前超過40％的數(shù)據(jù)中心成本與電力（電力和制冷）有關(guān)，而隨著大數(shù)據(jù)、人工智能的興起，數(shù)據(jù)中心的流量加速增長，傳統(tǒng)硅方案的有效性和效率已觸到“物理”瓶頸。如果在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源的PFC和高壓DC/DC部分用氮化鎵MOSFET替代硅MOSFET，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)10-15％左右的效率提升，從而實(shí)現(xiàn)每年高達(dá)19億美元的成本縮減；在新能源汽車領(lǐng)域，GaN功率IC主要用于汽車的OBC車載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、BMS電池管理系統(tǒng)、主驅(qū)逆變、激光雷達(dá)等領(lǐng)域，汽車電動(dòng)化趨勢(shì)有望推動(dòng)汽車成為未來GaN功率半導(dǎo)體增長最快的細(xì)分領(lǐng)域，到2026年全球電動(dòng)汽車GaN功率市場規(guī)模將增長至7.2億美元，2020-2026 CAGR有望達(dá)到320%。

致能成熟應(yīng)用平臺(tái)

致能科技部分應(yīng)用方案及產(chǎn)品
資料來源：致能科技

在中大功率場景方面，致能科技針對(duì)工業(yè)、光伏/儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等新興領(lǐng)域的主功率以及輔助電源的市場需求，也開發(fā)了一系列的GaN產(chǎn)品，主要型號(hào)包括ZN65C1R035、ZN90C1R300等，產(chǎn)品設(shè)計(jì)及性能均已達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前我們獨(dú)特的技術(shù)平臺(tái)以及可靠性評(píng)估手段已經(jīng)被市場廣泛認(rèn)可，其中在工業(yè)電源、服務(wù)器電源領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)批量出貨，在儲(chǔ)能領(lǐng)域也已經(jīng)與國內(nèi)幾家龍頭客戶進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)并且實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。而針對(duì)汽車市場，致能獨(dú)特的外延器件技術(shù)可以支持900V、1200V器件，目前也已經(jīng)在和頭部Tier1以及汽車主機(jī)廠客戶聯(lián)合定義開發(fā)。 高飛說。

氮化鎵IDM滲透率不斷提高，擴(kuò)產(chǎn)后公司產(chǎn)能將達(dá)到15000片/月

近年來，隨著氮化鎵技術(shù)的不斷發(fā)展與成本的進(jìn)一步下降，推動(dòng)其在高頻、高功率等場景中迎來了爆發(fā)式的發(fā)展。

市場規(guī)模方面，根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2022年全球功率 GaN 器件市場規(guī)模為1.85億美元，預(yù)計(jì)未來6年將保持49%的年復(fù)合增長率，到2028年其市場規(guī)模將達(dá)到20.4億美元；滲透率方面，隨著行業(yè)龍頭出貨量的不斷增長，預(yù)計(jì)到2028年GaN功率器件將占電力電子市場的 6% 以上。

目前，氮化鎵玩家眾多，主要可以分為IDM模式和Fabless+Foundry模式兩大類。其中，納微半導(dǎo)體、EPC、GaN Systems、Transphorm等頭部廠商由于起步較早，在前期行業(yè)不成熟，收入規(guī)模以及產(chǎn)品數(shù)量相對(duì)較小的情況下，選擇以輕資產(chǎn)的Fabless模式來進(jìn)行工藝平臺(tái)的設(shè)計(jì)，而將代工交給臺(tái)積電、X-fab等企業(yè)，目前該商業(yè)模式仍是功率氮化鎵市場的主流；而英諾賽科、英飛凌、羅姆、意法半導(dǎo)體、華潤微、士蘭微、聞泰科技等廠商由于起步較晚或者自身本來就有IDM產(chǎn)業(yè)鏈的良好基礎(chǔ)，選擇以IDM模式切入氮化鎵市場。雖然IDM模式目前在整個(gè)氮化鎵功率器件市場中占比較小，但隨著英飛凌對(duì)GaN Systems的收購，開啟了電力電子IDM傳統(tǒng)大廠并購設(shè)計(jì)廠商的開端，預(yù)計(jì)在未來氮化鎵IDM模式在行業(yè)總的占比有望逐步提高。

從產(chǎn)能來看，目前全球氮化鎵代表企業(yè)每月產(chǎn)能在2,000片至15,000片不等。其中英諾賽科在功率氮化鎵領(lǐng)域產(chǎn)能相對(duì)較大，已達(dá)到15000片/月。截至2023年8月，英諾賽科氮化鎵芯片出貨量已成功突破3億顆?；趯?duì)市場發(fā)展的良好預(yù)期，英諾賽科正在積極擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計(jì)到2025年擴(kuò)產(chǎn)完成后其月產(chǎn)能將由現(xiàn)在的15000片/月提升到70000片/月；而在晶圓尺寸上，目前6英寸仍然是行業(yè)的主流，不過市場上主要玩家也正在積極擴(kuò)建8英寸產(chǎn)能，根據(jù)Yole的預(yù)計(jì)，到2028年氮化鎵8英寸將占硅片總需求的60%以上。

致能已建成功率GaN芯片全流程研發(fā)及量產(chǎn)的快速迭代能力

致能科技具有完整的氮化鎵IDM技術(shù)及產(chǎn)線
資料來源：致能科技

目前，我們的友商已在市場上取得了一定的成績，他們的快速出貨對(duì)于氮化鎵行業(yè)的整體發(fā)展功不可沒。相對(duì)于他們，致能科技屬于后來者，那我們就需要有自己的差異化路線，以高可靠低成本的器件去快速迭代以實(shí)現(xiàn)對(duì)他們的超越。

高飛說道，致能基于IDM量產(chǎn)平臺(tái)，已經(jīng)具有外延、工藝、封裝、測(cè)試以及可靠性等完整的技術(shù)和產(chǎn)線，當(dāng)前產(chǎn)能為5千片/月，預(yù)計(jì)未來封頂產(chǎn)能能達(dá)到1萬5千片/月。與友商相比，首先，我們可以非?？斓奶嵘壆a(chǎn)品的迭代效率。比如說，我們基于公司成熟的IDM平臺(tái)為客戶定制一款料，從立項(xiàng)到送樣僅用25天就可以完成；其次，在技術(shù)路線中，致能無論一代還是第二代產(chǎn)品都強(qiáng)調(diào)長期可靠性，尤其是動(dòng)態(tài)可靠性，目前我們認(rèn)為在動(dòng)態(tài)特性方面，致能已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于友商；最后，在成本方面，基于致能科技自身獨(dú)特的外延技術(shù)以及自主開發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)等，我們?cè)诔杀旧弦呀?jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我們的同行。

值得一提的是，憑借出色的氮化鎵研發(fā)技術(shù)及產(chǎn)品量產(chǎn)能力，致能科技此前已經(jīng)吸引了中科創(chuàng)星、新潮集團(tuán)、博世創(chuàng)投等眾多知名產(chǎn)業(yè)資本投資，這為公司的快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

展望未來，高飛表示：

致能科技在氮化鎵常開型柵結(jié)構(gòu)、垂直溝道技術(shù)等方面已經(jīng)居于國際先進(jìn)行列，定義的下一代垂直產(chǎn)品也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了重大的突破。未來，公司計(jì)劃在超高、高壓、中低壓氮化鎵等領(lǐng)域持續(xù)推出更多的產(chǎn)品，以完善的產(chǎn)品矩陣去搶占更多硅器件的市場。此外，致能目前也已經(jīng)在進(jìn)行8英寸氮化鎵的量產(chǎn)準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)未來相關(guān)產(chǎn)品的可靠性、成本、性能等技術(shù)指標(biāo)還將進(jìn)一步得到優(yōu)化，在自身做大做強(qiáng)的同時(shí)以更好的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)和客戶在商業(yè)層面上的共贏。