《功率GaN:外延、器件、应用及技术趋势-2017版》
2017-10-23 20:05:14   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

目前,供应链已近乎满足功率GaN的市场需求,2017年的市场交易也展现了市场对功率GaN的信心。首先,主要的代工厂已经投入巨资,以提高功率GaN器件的产能。

Power GaN 2017: Epitaxy, Devices, Applications, and Technology Trends

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GaN(氮化镓)功率器件供应链正在积极支持市场增长。

功率GaN供应链正为大规模制造做准备

目前,供应链已近乎满足功率GaN的市场需求,2017年的市场交易也展现了市场对功率GaN的信心。首先,主要的代工厂已经投入巨资,以提高功率GaN器件的产能。据麦姆斯咨询此前报道,Navitas近期刚刚宣布与TSMC(台积电)和Amkor(安靠)合作扩大产能;此外,BMW i Ventures(宝马风险投资公司)完成了对GaN Systems公司的投资;台湾经济事务部(Ministry of Economic Affairs)在清洁绿色能源技术方面大举投入了GaN的应用,并且也与GaN Systems公司建立了合作。

GaN制造商们则在不断地开发新的产品,并为客户提供样品,例如EPC(宜普电源转换公司)及其推出的无线充电产品线。2017年,Panasonic(松下)宣布规模量产了其650V产品,Exagan公司成功的在8英寸晶圆上制造出其首款高压器件。其它厂商也已经处于研发的最后阶段,或在为各自的GaN产品在2018年上市做最后的产品认证。无论是制造商还是客户,都在积极推动GaN HEMT(高电子迁移率场效应晶体管)在新兴技术领域的应用。

Yole在此将功率GaN供应链分为两种商业模式:IDM(集成器件制造商)模式和代工模式。Yole认为由于市场不同的需求,例如在消费类和工业应用领域,IDM模式和代工模式将持续共存。除了现有的这两种模式,中国正引入一种新的模式,即一家研发中心或设计中心,搭配一个外部外延供应商,以及一家代工厂负责制造,以支持未来的大规模需求。

本报告提供了功率GaN产业概览,覆盖了从外延到器件设计,再到器件加工的价值链。本报告更新了功率GaN供应链,并提供了近年功率GaN产业的投资概况。

功率GaN产业的商业模式

功率GaN产业的商业模式

功率GaN市场即将爆发

功率GaN市场相比市场规模达到300亿美元的硅功率半导体市场仍然很小。不过,凭借高性能和高频率解决方案优势,功率GaN在短期内具有巨大的增长潜力。2016年,功率GaN市场规模约为1200万美元,但是到2022年,Yole预计其市场规模可增长至4.5亿美元,这期间的复合年增长率(CAGR)可达到惊人的84%。

对于LiDAR(激光雷达)、无线供电以及包络跟踪等高端、中低压应用,GaN是唯一能满足应用要求的现有技术。2017年1月,Velodyne Lidar公司启动了“megafactory”(超级工厂),以扩大LiDAR制造应用的最新型3D传感器的产能。据麦姆斯咨询刚刚发布的消息,今年10月,Velodyne Lidar公司刚刚宣布其产能获得了4倍提升。Apple(苹果)和Starbucks(星巴克)等其它公司,已经开始提供无线充电解决方案。此外,自2016年开始,EPC就和台湾的JJPlus公司建立合作,加速无线充电市场的业务增长。

电源领域仍是GaN最大的应用细分市场。数据中心市场正以惊人的速度采用GaN解决方案,至2022年期间,预计将驱动该领域电源应用市场以114%复合年增长率增长。Texas Instruments(德州仪器)和EPC的现有解决方案,提供了从48 V ~ 1.2 V的单芯片DC/DC转换器和负载点转换器,将助推市场的应用和增长。Dialog Semiconductor公司还提供了集成GaN功率IC的快速充电适配器。消费类GaN市场预计将在未来几年快速增长,Yole根据笔记本和手机的AC/DC适配器等核心市场的接受程度,预测消费类GaN市场将会出现两种不同的发展趋势。

GaN需要在电动汽车及混合动力汽车(EV/HEV)市场加紧争夺市场应用,因为SiC MOSFET(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)正在主要的逆变器中,不断取代硅IGBT(绝缘栅极晶体管)。不过,GaN 凭借其高速开关性能,在未来48V电池的DC/DC转换器市场仍有机会。Transphorm公司等众多厂商,已经获得了在汽车领域应用的相关认证,这将最终推动GaN产品在EV/HEV市场的应用增长。

本报告提供了Yole关于GaN器件在不同市场细分领域应用的深刻理解,并提供了功率GaN器件按应用细分的详细市场数据。本报告还概述了Yole对功率GaN市场现状的理解和未来趋势的预测。

2016~2022年按应用细分的功率GaN器件市场预测

2016~2022年按应用细分的功率GaN器件市场预测

GaN有待攻克的技术挑战

技术成熟度,仍是目前GaN面临的主要挑战之一。因此,本报告从技术的角度聚焦分析了供应链,提供了对于供应链至关重要的一些案例,包括外延层供应商的选择等。

为了完整获取GaN器件的性能优势,封装非常重要。Yole在本报告中构建了一幅功率GaN封装发展路径图,清晰的展现了功率GaN器件从分立标准晶体管外形封装(TO封装)和表面贴装器件(SMD)解决方案,向协同封装解决方案发展的趋势,亦即将驱动器集成在一个芯片中。尽管大多数厂商正在试图为未来的应用开发增强型技术,协同封装仍是级联器件(cascode devices)的一个好选择。嵌入式和LGA(栅格阵列)封装由于能够降低电路电感,它们也是很重要的发展趋势。功率集成电路仍在持续的开发,新产品不断涌现,例如来自Navitas公司的首款集成半电桥IC,能够实现更高效的系统。

在低端应用领域,可靠性和认证仍是阻碍GaN产品应用的主要因素。目前,制造商们仍在执行JEDEC固态技术协会为硅产品制定的测试标准,外加包括高温反向偏压(HTRB)、高温栅偏试验(HTGB)和功率循环(PC)等极端条件测试。它们还在进行动态电阻测试(Rdson)和高温运行寿命(HTOL)测试,以确保器件在运行中的可靠性。好消息是,今年官方JC-30委员会已经成立,正在和市场主要厂商合作研究适用于GaN器件的测试认证标准。

Yole在本报告中提供GaN器件的测试认证现状,以及详细的封装发展路径图,更新了功率GaN器件的技术分析。

功率GaN器件的封装发展路径图

功率GaN器件的封装发展路径图

报告中涉及的部分公司:Aixtron, Allos, Alpha&Omega, Amec, Apple, AT&S, BMW, Coorstek, Dialog Semiconductors, Dowa, Efficient Power Conversion, EpiGaN, Episil, Epistar, Evatran, Exagan, Fairchild, Ford, Fuji Electric, GaN Systems, Imec, Infineon, IQE, LG e lectronics, Jedec, Kyma, N avitas Semiconductors, N editek, N XP, On Semiconductor, Panasonic, Philos, Powerex, Power Integrations, Qualcomm, Samsung, Sanken, SAS, Sharp, Siltronic, STMicroelectronics, Sumco, Sumitomo SEI, Toshiba, Toyota, Tesla, Texas Instruments, TSMC, Transphorm, Veeco, Velodyne, VisIC Technologies, Xfab, Yaskawa...

报告目录:

What is in this report?

What is new?

What did we get wrong?

Companies cited in this report

List of abbreviations

Executive summary

Overview of WBG power devices

Replacing silicon with GaN

GaN power device market by application
> Power supply
> EV/HEV
> PV
> UPS
> Wireless power
> Envelope tracking
> LiDAR
> Other applications

GaN-on-Si power device technology
> GaN-on-Si power technology
> Commercial GaN power devices
> Packaging
> GaN-on-Si epitaxy
> GaN reliability status

GaN power industry landscape

Discussions and perspectives

Conclusions

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