上周,GaN功率半導體廠商Navitas Semiconductor(“納微半導體”)成功登錄納斯達克全球市場交易市場。這家成立于2014年的半導體廠商,憑借其獨有的GaN功率集成電路技術,使得其產品運行速度比傳統硅芯片快20倍,并且在尺寸和重量減半的情況下可將功率和充電速度提高3倍。

據官方披露,納微半導體的GaNFast功率芯片被應用在130多種型號的移動充電器中,截至2021年10月,GaNFast 電源 IC出貨量已超過3000萬顆。目前,納微半導體已與全球頂級手機OEM廠商及PC設備制造商展開合作,包括戴爾、聯想、LG、小米、OPPO等。

從2014年到2021年的短短七年時間中,這家功率半導體企業的迅速崛起,也是市場對GaN半導體產品的呼聲漸長的縮影。

哪些市場在呼喚GaN的到來

從整體市場環境上看,根據市場分析公司Yole Developement預測,GaN功率器件市場將從2020年的4600萬美元增長至2026年的11億美元,平均年復合成長率達70%。其中,在2020年,由于GaN器件滲透到智能手機快速充電器應用中使得GaN功率市場成長了幾倍。

TrendForce集邦咨詢研究的報告中也同樣指出了消費市場對于GaN功率產品的需求,報告顯示,受惠于消費性快充產品需求快速上升,如手機品牌小米、OPPO、Vivo自2018年起率先推出快速充電頭,憑借高散熱效能與體積小的產品優勢獲得消費者青睞,截至目前筆電廠商也有意跟進,使GaN功率市場成為第三代半導體產業中產值上升最快速的類別,預估2021年營收將達8,300萬美元,年增率高達73%。

(來源:TrendForce集邦咨詢研究)

消費電子市場對于GaN的需求,讓優先選擇在消費電子方面進行布局的Navitas獲得了成功,并在2021年中站穩了GaN功率廠商出貨量市占率的榜首。

而按照Navitas此前的預測顯示,氮化鎵芯片的市場規模在2026年可能增長至130億美元以上,市場將包括移動、消費、企業(數據中心、5G)、 可再生能源(太陽能、能源存儲)和電動汽車/電動交通工具領域。因此,在Navitas未來的計劃當中,支持基于氮化鎵的數據中心、太陽能裝置和電動汽車等也成為了他們重要的拓展領域。

在這份榜單當中,Innoscience(英諾賽科)憑借著市占率從6%發展到20%的成績吸引了業界的關注。在今年6月,英諾賽科迎來了其新的發展里程碑——英諾賽科蘇州8英寸硅基氮化鎵研發生產基地正式進入量產階段。根據TrendForce集邦咨詢研究的報告顯示,目前英諾賽科正積極拓展其他領域應用例如Lidar、車載充電機(OBC)、LED電源等,豐富的產品組合將有望助其進一步擴大明年市占。

從這些廠商的布局來看,消費電子市場為GaN打開了邁向商用市場的大門,而工業、汽車等需要功率器件的領域也在不斷嘗試采用新的器件來實現更高的性能。與此同時,消費市場對于GaN的需求還有待進一步的拓展——前不久,隨著蘋果第二場秋季發布會的召開,他們首款氮化鎵快充充電器也面市了,據介紹,該充電器是蘋果專門為MacBook Pro 2021開發的一款全新電源配件。也就是說,除了手機以外,筆記本也將成為推動GaN發展的另一消費電子產品。

GaN市場打開了,誰還將受益

在GaN產業鏈當中,代工廠也同樣扮演著重要的角色。去年臺積電就曾宣布與意法半導體攜手合作開發氮化鎵制程技術。據中時電子報的報道顯示,臺積電今年已投入第二代GaN增強型高電子移動率電晶體(E-HEMT)量產,100V空乏型高電子移動率電晶體(D-HEMT)進入試產,并打進5G基地臺模式供應鏈。從未來規劃上看,臺積電看好GaN在快充、數據中心、太陽能電力轉換器、48V DC/DC 以及電動車 OBC/轉換器等領域的發展。

而從生產方面上看,臺積電目前有將近20臺MOCVD有機氣相層機投入GaN量產,明年預計再增加10臺設備擴產。同時,臺積電轉投資世界先進近幾年在8吋GaN on Si研發順利進行,今年底將開始試產送樣,進行產品設計客戶超過10家,明年可望進入量產階段,業界傳出已爭取到國際IDM大廠訂單。

憑借成熟工藝在晶圓代工行業享譽的聯電也在近年也積極投入開發化合物半導體氮化鎵功率元件與射頻元件制程,鎖定高效電源功率元件及 5G 射頻元件。在今年9月,聯電宣布與封測廠欣邦宣布雙方將透過換股,深化上下游合作,而這個決定也是,聯電希望能夠擴大在第三代半導體領域的布局。

除了這些硅晶圓代工廠商們在積極布局GaN產線,化合物代工廠商同樣也瞄準了這塊市場,與臺積電所提供的GaN-on-Si不同的是,化合物代工廠商們似乎更傾向于GaN-on-SiC的布局。舉例來說,化合物晶圓代工大廠穩懋就已開始提供6英寸的GaN-on-SiC代工服務,其瞄準的是高功率 PA及天線等領域。

中國作為最大的電子消費市場,隨著這個市場對GaN的關注,國內也有不少廠商注意到了GaN代工市場的發展,在這個過程中,三安集成、海特高新(海威華芯)等都涉足了GaN代工這一環節。

新的玩家還在不斷涌入

GaN帶來的市場的效應遠不止這些,除了各大半導體廠商在布局GaN相關產業的同時,也有不少“新”玩家盯上了這個領域。

英國政府的英國研發和創新機構于2021年2月初宣布,將支持化合物半導體中心(CSC)和Newport晶圓廠(NWF)開發8吋氮化鎵(GaN)HEMT代工制程專案,期望能夠在8吋晶圓平臺上提供代工等級的650V硅基氮化鎵高電子遷移率電晶體(GaN-on-Si HEMT)制程。

除了建立GaN晶圓代工產業之外,英國也在鼓勵無晶圓半導體公司投入該領域。由英國劍橋大學獨立出來的Cambridge GaN Devices(CGD)公司,于2021年2月18日宣布獲得950萬美元(約780萬歐元)的A輪融資。這一筆資金將可用來擴大其具節能效率的功率設備的產品組合(其目標是設計和開發出適用于低功率和高功率應用的下一代GaN功率模組),并將其團隊規模擴大一倍之多。

今年5月,韓國政府產業通商資源部和國防部確定了為培育國防產業原材料、零部件、裝備企業而進行的“X-band 氮化鎵半導體集成電路”國產化課題。韓國無線通信設備半導體企業RFHIC(艾爾福)被選定為課題牽頭企業。

從這些信息來看,圍繞著GaN的半導體產業鏈將會越來越壯大。僅從Navitas在短短不到十年的時間內的迅速成長和實現上市的過程中,可以預見的是,各大廠商對GaN的布局正在加快,而在這些廠商完成GaN產業的布局后,他們之間的競爭也會變得更加激烈。