統(tǒng)計(jì)了400多顆GaN后，氮化鎵技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布高壓氮化鎵產(chǎn)業(yè)最新近況

前言

近期，GaNFET.com對各大品牌公開的的高壓氮化鎵產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，并從封裝方式、耐壓等級(jí)、導(dǎo)通電阻等關(guān)鍵指標(biāo)切入，從中觀察氮化鎵器件在技術(shù)路線和市場方向上的變化趨勢。

在快充、電源模塊、AI服務(wù)器以及光伏儲(chǔ)能等高功率密度應(yīng)用加速演進(jìn)的當(dāng)下，高壓氮化鎵正逐漸成為功率器件領(lǐng)域最受關(guān)注的核心技術(shù)之一。憑借高速開關(guān)、低損耗、低柵極電荷等天然優(yōu)勢，氮化鎵讓適配器更小、服務(wù)器更省電、儲(chǔ)能逆變器更高效，各類應(yīng)用場景無不在推動(dòng)這一第三代半導(dǎo)體迅速走向成熟。

隨著需求與日俱增，全球眾多知名半導(dǎo)體企業(yè)也紛紛加入高壓氮化鎵賽道。從海外大廠國內(nèi)新生企業(yè)，各家廠商都在持續(xù)推出不同電壓、封裝與導(dǎo)阻區(qū)間的高壓氮化鎵器件，形成了一個(gè)競爭激烈、產(chǎn)品繁多的產(chǎn)業(yè)格局。接下來，本文將為您深度解析高壓氮化鎵器件。

高壓氮化鎵器件一覽

面對快速增長的器件數(shù)量與復(fù)雜的產(chǎn)品線，GaNFET.com對各大品牌公開的的高壓氮化鎵產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，并從封裝方式、耐壓等級(jí)、導(dǎo)通電阻等關(guān)鍵指標(biāo)切入，試圖從數(shù)據(jù)中觀察氮化鎵器件在技術(shù)路線和市場方向上的變化趨勢。通過這些整理，我們希望能夠更清晰地看到高壓氮化鎵產(chǎn)業(yè)演進(jìn)方向。

氮化鎵數(shù)量分布

通過統(tǒng)計(jì)可見英諾賽科數(shù)量最多，為90款，占比約21.38%，接下來是鎵未來47款（11.16%）；英飛凌34款（8.08%）、納微33款（7.84%）、德州儀器32款（7.60%）、瑞薩29款（6.89%）、英嘉通和能華各27款（6.41%）。

前8家合計(jì)319款，大約占全部的75.8%，若再加上氮砂21款和Nexperia安世14款，前10家合計(jì)354款，占比約84.1%。其余廠商單家記錄數(shù)明顯較少，多在10款以下，其中量芯微5款、羅姆4款、SSDI和元芯各3款，泰高技術(shù)、PI、納芯微、杰華特、梵塔、r銓力微各1款，這9家合計(jì)僅16款，占比約3.8%。可以看出器件數(shù)量主要集中在少數(shù)幾家廠商。

企業(yè)類型分布

在本次統(tǒng)計(jì)樣本中共有26家企業(yè)，其中Fabless企業(yè)13家、IDM企業(yè)13家；從占比來看，F(xiàn)abless與IDM模式各占50%。

在當(dāng)下氮化鎵企業(yè)在業(yè)務(wù)模式上非常多元，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的Fabless模式和制造一體化IDM模式兩種路線都同樣重要，沒有出現(xiàn)被哪一種模式徹底主導(dǎo)的情況。

P2P硅MOS情況

P2P硅MOS方案占56.53%，非P2P占43.47%。GaN廠商仍以兼容硅MOS的替換器件為主，便于沿用原有平臺(tái)，同時(shí)已有近半產(chǎn)品采用面向高頻、高功率密度的專用封裝。

品牌分布上，英諾賽科擁有71款P2P器件，鎵未來，英嘉通、能華緊隨其后。本土廠商P2P型號(hào)總數(shù)已超過多家國際大廠，反映國產(chǎn)GaN在快充、適配器等消費(fèi)電源中進(jìn)入批量應(yīng)用階段。

占比餅圖進(jìn)一步表明，P2P資源高度集中在頭部陣營，前幾名合計(jì)占去大部分份額，其余廠商更多扮演補(bǔ)位角色，提供特定電壓、封裝或細(xì)分應(yīng)用方案。整體上看，GaN P2P生態(tài)已初具規(guī)模，但仍處于快速迭代與版圖重構(gòu)階段。

耐壓分布

從耐壓統(tǒng)計(jì)來看，高壓氮化鎵器件極度集中在650V和700V兩個(gè)檔位，占比分別為55.2%和36.3%，合計(jì)超過9成。650V延續(xù)了傳統(tǒng)離線式AC-DC與PFC的“標(biāo)配”耐壓，適配380–400V直流母線以及220/230Vac、277Vac等主流輸入制式，既有足夠安全裕量，又能兼顧成本與性能，因此成為各家廠商布局最多的區(qū)間。700V器件數(shù)量緊隨其后，說明在服務(wù)器電源、儲(chǔ)能、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等更重視可靠性的場景中，客戶開始傾向于更高耐壓冗余，以應(yīng)對更寬的電網(wǎng)波動(dòng)和更嚴(yán)苛的浪涌要求。

在主力區(qū)間之外，600V、900V器件分別占3.7%和3%左右，屬于面向特定場景的補(bǔ)充耐壓段。600V多用于高密度快充、小功率AC-DC或?qū)Τ杀尽p耗更敏感的消費(fèi)類設(shè)計(jì)，在保證基本安全裕量的前提下，把導(dǎo)阻、芯片面積進(jìn)一步做小；900V則更多瞄準(zhǔn)光伏、儲(chǔ)能、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等高母線電壓系統(tǒng)，用來替代部分高壓SiMOS/IGBT方案，在提升效率的同時(shí)減少多級(jí)變換。可以看出，氮化鎵正從傳統(tǒng)650V標(biāo)準(zhǔn)向兩側(cè)耐壓“微調(diào)”，以滿足不同應(yīng)用對成本、安全余量和效率的平衡需求。

更高耐壓的1000V、1200V以及1700V氮化鎵目前只占極小比例合計(jì)約2%，但技術(shù)意義大于數(shù)量本身。這一部分產(chǎn)品主要處在示范與前期導(dǎo)入階段，目標(biāo)是新能源逆變器、電網(wǎng)接口、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和高壓工業(yè)電源等本屬于SiC的傳統(tǒng)地盤。它們的存在，說明廠商已經(jīng)在探索氮化鎵向“千伏級(jí)”邁進(jìn)的可行性；但從當(dāng)前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，高壓氮化鎵的市場重心仍然牢牢落在650/700V檔位，未來若AI數(shù)據(jù)中心800VDC架構(gòu)、光儲(chǔ)一體化系統(tǒng)進(jìn)一步放量，高于900V的氮化鎵耐壓段才有望迎來更明顯的占比提升。

增強(qiáng)型與耗盡型氮化鎵分布

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，增強(qiáng)型氮化鎵約占65.6%，耗盡型約占34.4%，前者已經(jīng)成為當(dāng)前高壓氮化鎵的主流技術(shù)路線。增強(qiáng)型氮化鎵本身就是常關(guān)型器件，工作特性與傳統(tǒng)硅MOS接近，驅(qū)動(dòng)方式容易沿用現(xiàn)有PWM/柵極驅(qū)動(dòng)芯片，在安全性、設(shè)計(jì)門檻、量產(chǎn)可靠性等方面更利于大規(guī)模導(dǎo)入。因此在快充適配器、服務(wù)器電源、光伏儲(chǔ)能以及工業(yè)電源等需要兼顧效率、成本與風(fēng)險(xiǎn)控制的應(yīng)用中，各大廠商普遍優(yōu)先推出增強(qiáng)型氮化鎵產(chǎn)品，使其在數(shù)量上明顯領(lǐng)先。

但數(shù)據(jù)也顯示，耗盡型氮化鎵仍占到三分之一左右的比例，說明耗盡型氮化鎵在高壓場景依舊有穩(wěn)固空間。耗盡型氮化鎵是常導(dǎo)通型器件，若直接使用會(huì)帶來系統(tǒng)安全與驅(qū)動(dòng)復(fù)雜度問題，因此業(yè)界普遍通過在其柵極串聯(lián)一顆低壓硅MOSFET形成Cascode級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)視角“等效”為常關(guān)型器件，既保留了耗盡型氮化鎵高電子遷移率、低電荷的優(yōu)勢，又兼容傳統(tǒng)MOSFET的驅(qū)動(dòng)接口。

封裝類型分布

高壓氮化鎵器件在封裝形態(tài)上呈現(xiàn)明顯分級(jí)結(jié)構(gòu)，一條是以DFN、PQFN、TOLL/TOLT等貼片封裝為代表，寄生電感小、便于高頻和高功率密度設(shè)計(jì)，適合快充、適配器、服務(wù)器電源以及300W–3kW級(jí)AC-DC、工業(yè)電源等場景，并推動(dòng)器件從傳統(tǒng)硅器件向高密度封裝遷移。

另一條是以TO系列為代表，依靠更好的散熱條件、爬電距離和大電流能力，在光伏逆變器、PFC、電池儲(chǔ)能等千瓦級(jí)高功率應(yīng)用中保持優(yōu)勢，兩類路線共同覆蓋了從幾十瓦到千瓦級(jí)的GaN應(yīng)用區(qū)間。

半橋氮化鎵分布

從數(shù)據(jù)上看，本次統(tǒng)計(jì)高壓氮化鎵器件中，半橋氮化鎵僅占約8.3%，絕大多數(shù)仍是單管/分立器件。半橋氮化鎵主要面向快充適配器、全集成LLC/PFC模塊以及高功率密度服務(wù)器電源等應(yīng)用。集成半橋能顯著縮短走線、降低寄生參數(shù)、簡化設(shè)計(jì)，對追求極致功率密度和縮短開發(fā)周期的廠商具有吸引力。

導(dǎo)阻分布

從整體分布看，統(tǒng)計(jì)最高的幾個(gè)檔位集中在140mΩ、150mΩ、200mΩ、240mΩ等100~250mΩ區(qū)間，單一檔位數(shù)量都在20顆左右，占比分別在4%~6%級(jí)別。對于650/700V器件來說，這一導(dǎo)阻范圍可以在芯片面積、成本與電流能力之間取得較好平衡，剛好覆蓋65W快充到幾百瓦電源中最主流的電流檔位，因此廠商會(huì)在這些阻值點(diǎn)上密集分布。

在此之外，低于50mΩ的超低導(dǎo)阻器件和高于400mΩ的高導(dǎo)阻器件都屬于長尾。前者數(shù)量有限，多面向千瓦級(jí)電源、服務(wù)器電源或多顆并聯(lián)使用的場景，芯片面積大、成本高，因此型號(hào)不會(huì)太多；后者則多用于小功率、輔助電源或集成方案中，對導(dǎo)通損耗不敏感，反而更看重成本與封裝尺寸，所以會(huì)接受更高導(dǎo)阻。

可見當(dāng)下高壓氮化鎵產(chǎn)品仍然以中等導(dǎo)阻、覆蓋中功率段為主力，極低導(dǎo)阻和極高導(dǎo)阻更多是針對特定細(xì)分應(yīng)用的補(bǔ)充。

頂部散熱分布

從數(shù)據(jù)上看，這批高壓氮化鎵器件中，帶頂部散熱結(jié)構(gòu)的型號(hào)只有19顆，占比約4.39%，絕大多數(shù)仍然是傳統(tǒng)底部散熱封裝。這說明目前主流應(yīng)用場景，如快充適配器、小功率AC-DC、一般工業(yè)電源等在功率密度和熱流密度上，靠DFN、TO、PQFN、TOLL這類常規(guī)“底部散熱+散熱片/銅箔”的方案就能滿足需求。

而少量的頂部散熱氮化鎵，可面向高功率密度、散熱極限更緊張的場合，比如服務(wù)器電源、通信電源、車載和儲(chǔ)能變換器等。頂部散熱可以讓芯片上方直接貼散熱片或冷板，實(shí)現(xiàn)雙面散熱、縮短熱路徑，但需要在封裝、絕緣、裝配工藝上做更多優(yōu)化，因此目前還屬于“高端細(xì)分應(yīng)用”的配置。整體來看，頂部散熱氮化鎵處在技術(shù)驗(yàn)證和重點(diǎn)場景導(dǎo)入期，數(shù)量不多但技術(shù)含金量高，未來如果AI服務(wù)器、電動(dòng)車電源等對功率密度的要求繼續(xù)提升，這一類封裝的占比有望逐步上升。

藍(lán)寶石氮化鎵

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在421顆氮化鎵功率器件中，僅有36顆為藍(lán)寶石襯底，占比8.55%；其余385條均為非藍(lán)寶石襯底，說明在功率器件領(lǐng)域，藍(lán)寶石GaN已經(jīng)是明顯少數(shù)選擇，主流路線是硅基GaN。

多數(shù)廠商選擇硅基氮化鎵，核心在于能直接復(fù)用成熟的硅工藝與生產(chǎn)線，但目前已經(jīng)有英嘉通、PI、致能等一眾廠商探索藍(lán)寶石基氮化鎵技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)銷售，與硅基氮化鎵技術(shù)同臺(tái)競技。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

綜合來看，通過對當(dāng)前市面高壓氮化鎵器件在封裝形式、耐壓等級(jí)、氮化鎵類型、導(dǎo)阻區(qū)間以及頂部散熱等多維度的數(shù)據(jù)梳理，可以看到一個(gè)清晰的數(shù)據(jù)。可見目前氮化鎵主流產(chǎn)品高度聚焦在650/700V、100~250mΩ導(dǎo)阻區(qū)間、DFN/TO等成熟封裝組合之上，同時(shí)又在更高耐壓、更高功率密度、半橋設(shè)計(jì)和頂部散熱等方向持續(xù)試探和演進(jìn)。可以預(yù)見，隨著AI服務(wù)器、光儲(chǔ)一體化、車載電源等新應(yīng)用的放量，高壓氮化鎵在器件形態(tài)和應(yīng)用邊界上還會(huì)繼續(xù)豐富，既鞏固現(xiàn)有成熟消費(fèi)級(jí)市場，也不斷向更高功率、更高電壓和更高集成度邁進(jìn)。