在過去的幾十年中，全球SiC 和 GaN領(lǐng)域的特點(diǎn)是發(fā)展、行業(yè)接受度不斷提高以及有望實(shí)現(xiàn)數(shù)十億美元的收入。第一個(gè)商用 SiC 器件于 2001 年以德國(guó)英飛凌的肖特基二極管的形式出現(xiàn)。隨之而來(lái)的是快速發(fā)展，到 2026 年，這個(gè)行業(yè)部門現(xiàn)在有望達(dá)到超過 40 億美元的市場(chǎng)。

與此同時(shí)，GaN 于 2010 年首次讓行業(yè)權(quán)威人士驚嘆，當(dāng)時(shí)美國(guó) EPC 推出了其超快速開關(guān)晶體管。市場(chǎng)采用率尚未達(dá)到 SiC 的水平，但到 2026 年，功率 GaN 收入可能達(dá)到 10 億美元。

每種技術(shù)未來(lái)市場(chǎng)成功的秘訣在于電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 （EV/HEV）。事實(shí)上，對(duì)于 SiC，EV/HEV 市場(chǎng)目前確實(shí)是最佳市場(chǎng)——預(yù)計(jì)至少 60% 的總市場(chǎng)（收入超過 $2.5B 收入）將來(lái)自該領(lǐng)域。

特斯拉于 2017 年啟動(dòng)了 SiC 功率器件市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)它成為第一家在其 Model 3 的內(nèi)部主逆變器設(shè)計(jì)中添加來(lái)自意法半導(dǎo)體的 SiC MOSFET 的汽車制造商。足跡，包括現(xiàn)代、比亞迪、蔚來(lái)、通用汽車等。

例如，中國(guó)的吉利汽車最近宣布正在與日本羅姆公司合作為其電動(dòng)汽車提供基于 SiC 的牽引逆變器，而中國(guó)對(duì)特斯拉的回應(yīng)——蔚來(lái)汽車將在其車輛中實(shí)施基于 SiC 的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與此同時(shí)，OEM汽車制造商和半導(dǎo)體制造商比亞迪一直在為其全線電動(dòng)汽車開發(fā)碳化硅模塊。

此外，就在去年，中國(guó)電動(dòng)客車制造商宇通透露將在其客車的動(dòng)力系統(tǒng)中使用中國(guó) StarPower 制造的 SiC 功率模塊。這些模塊使用來(lái)自美國(guó) Wolfspeed 的 SiC 器件。

在韓國(guó)，現(xiàn)代汽車已將英飛凌基于 SiC 的功率模塊用于其電動(dòng)汽車的 800 V 電池平臺(tái)，而在日本，豐田則在其 Mirai 燃料電池電動(dòng)汽車中使用 Denso 的 SiC 升壓功率模塊。在美國(guó)，通用汽車公司剛剛與 Wolfspeed 簽約，為其電動(dòng)汽車電力電子設(shè)備供應(yīng)碳化硅。

歐洲講述了一個(gè)不同的故事，汽車制造商接受 SiC 的速度較慢，但變化正在進(jìn)行中。今年 6 月，雷諾和意法半導(dǎo)體聯(lián)手為電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車開發(fā) SiC 和 GaN 器件，預(yù)計(jì)戴姆勒、奧迪和大眾汽車將很快發(fā)布更多公告。

重要的是，對(duì)于 Wolfspeed、英飛凌、意法半導(dǎo)體、ROHM 和 Onsemi 等公司而言，汽車 OEM 也更愿意從多個(gè)來(lái)源購(gòu)買晶圓和設(shè)備以確?？煽抗?yīng)。考慮到中國(guó)和越來(lái)越多的其他國(guó)家正在向 SiC 供應(yīng)鏈注入巨額資金，銷量只會(huì)繼續(xù)上升。

在此過程中，棘手的成本問題也正在得到解決。毫無(wú)疑問，在組件級(jí)別，硅 IGBT 比等效的 SiC 便宜得多，并且不會(huì)很快從電源應(yīng)用中消失。但一級(jí)制造商和原始設(shè)備制造商表示，將高功率密度 SiC 實(shí)施到逆變器設(shè)計(jì)中，可以在系統(tǒng)級(jí)降低成本，這要?dú)w功于可能因需要更少的組件而節(jié)省空間和重量。

但這對(duì) GaN 有何影響？這種寬帶隙半導(dǎo)體尚未見證 SiC 在 EV/HEV 領(lǐng)域的成功，但由于其高頻操作和效率，原始設(shè)備制造商要么以濃厚的興趣關(guān)注該技術(shù)，要么正在進(jìn)行開發(fā)計(jì)劃。

功率 SiC 器件市場(chǎng)預(yù)測(cè)

功率 GaN 器件市場(chǎng)預(yù)測(cè)

早些年

GaN 功率器件已經(jīng)出現(xiàn)在小體積的高端光伏逆變器中，并且越來(lái)越多地用于包括智能手機(jī)在內(nèi)的一系列移動(dòng)設(shè)備的快速充電器。事實(shí)上，愛爾蘭的 Navitas、美國(guó)的 Power Integrations 以及中國(guó)的 Innoscience 都在為新興的快速充電器市場(chǎng)制造 GaN 功率 IC。

鑒于這一活動(dòng)，預(yù)計(jì) 2021 年 GaN 功率器件收入將達(dá)到約 1 億美元。但隨著 GaN 器件供應(yīng)商尋求進(jìn)入其他市場(chǎng)以提高產(chǎn)量，預(yù)計(jì)到 2026 年這一數(shù)字將激增至 10 億美元。以及 EV/HEV市場(chǎng)是最先觀察的。

GaN 在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用還處于早期階段。許多功率 GaN 廠商已經(jīng)開發(fā)并自動(dòng)認(rèn)證了 650 V GaN 設(shè)備，用于車載充電器和 EV/HEV 中的 DC/DC 轉(zhuǎn)換，并且已經(jīng)與汽車企業(yè)建立了無(wú)數(shù)的合作伙伴關(guān)系。

例如，加拿大的 GaN Systems 為美國(guó)電動(dòng)汽車初創(chuàng)公司 Canoo 提供車載充電器設(shè)備，還與加拿大電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)供應(yīng)商 FTEX 合作，將 650V GaN 功率設(shè)備集成到電子系統(tǒng)滑板車。同時(shí)，美國(guó)Transphorm與汽車供應(yīng)商Marelli合作，提供車載充電和DC/DC轉(zhuǎn)換設(shè)備。

STMicroelectronics 預(yù)計(jì)將向雷諾提供其尚未通過汽車認(rèn)證的 EV 應(yīng)用設(shè)備，而現(xiàn)在提供汽車認(rèn)證的低壓 GaN 的 EPC 正在與總部位于法國(guó)的 Brightloop 合作開發(fā)價(jià)格合理的電源轉(zhuǎn)換器，用于關(guān)閉公路和商用車。去年，德州儀器 （TI） 還對(duì)其用于汽車應(yīng)用的 650V GaN 器件進(jìn)行了認(rèn)證。

但是，隨著車載充電器和 DC/DC 細(xì)分市場(chǎng)的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，對(duì)于 GaN 而言，這個(gè) 10 億美元的問題實(shí)際上是該技術(shù)是否將其應(yīng)用于 EV/HEV 動(dòng)力系統(tǒng)的主逆變器，并獲得驚人的高產(chǎn)量和高收入那個(gè) SiC 開始看到了？早期的行業(yè)發(fā)展表明這是可能的。

去年 2 月，荷蘭 Nexperia 與英國(guó)顧問 Ricardo 合作，開發(fā)基于 GaN 的電動(dòng)汽車逆變器設(shè)計(jì)。以色列的 VisIC Technologies 公司迅速與德國(guó)汽車供應(yīng)商 ZF 合作，為 400 V 傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā) GaN 半導(dǎo)體。

然后，在今年 9 月，GaN Systems 與寶馬簽署了 1 億美元的協(xié)議，為這家德國(guó)汽車制造商的電動(dòng)汽車提供制造 GaN 功率器件的能力，這有力地證明了 OEM 對(duì) GaN 的重視。真正意義重大的一步是，納微將與特殊目的收購(gòu)公司 Live Oak Acquisition 合并，成為市值 10.4 億美元的上市公司。這家 GaN 電源 IC 廠商最近宣布將向總部位于瑞士的 Brusa HyPower 供應(yīng)用于車載充電器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，作為一家上市公司，該公司打算將其重心放在電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車和其他市場(chǎng)的產(chǎn)品開發(fā)上。

除了交易、合作伙伴關(guān)系和合并之外，GaN 模塊的早期工作還表明，這種化合物半導(dǎo)體正在追隨 SiC 的腳步，行業(yè)參與者正準(zhǔn)備進(jìn)行更廣泛的行業(yè)整合。例如，GaN Systems 正在為設(shè)計(jì)工程師提供電源評(píng)估模塊套件，而 Transphorm 一直在與富士通通用電子合作開發(fā)面向工業(yè)和汽車應(yīng)用的 GaN 模塊。

那么，SiC 和 GaN 的下一步是什么？作為功率 SiC 器件制造商為電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車帶來(lái)的數(shù)十億美元市場(chǎng)做好準(zhǔn)備，GaN 會(huì)經(jīng)歷同樣的成功故事嗎？OEM 在傳動(dòng)系統(tǒng)逆變器中廣泛采用 GaN 將從根本上影響市場(chǎng)預(yù)測(cè)，但現(xiàn)在，我們只能拭目以待。