高中低壓全品線布局！一家快速發展的國產氮化鎵IDM芯片廠商
隨著半導體器件對性能、效率、小型化要求的不斷提高，明星產品GaN在電力電子領域中扮演的角色也越來越重要。
最近，芯八哥“走進產業鏈”欄目記者采訪了國內氮化鎵IDM的新銳企業致能科技的市場總監高飛，探討在以氮化鎵等為代表的第三代半導體蓬勃發展的背景下，當前IDM模式企業的生存與發展之道。
已實現低中高壓全品線布局，為公司未來增長提供了完善的產品矩陣支持
據了解，致能科技成立于2018年，專注于寬禁帶半導體氮化鎵功率器件在電力電子領域的應用。近年來，公司的發展勢頭愈發亮眼，已研發出了650V、900V系列多款GaN功率器件，可廣泛應用于消費電子、工業、光伏儲能、數據中心、新能源汽車等領域。 資料來源：致能科技 在消費電子小功率場景，氮化鎵由于具有低導通損耗、高開關頻率等優良特性，能夠以更低的成本實現更小的體積以及更高的功率密度，目前已經在PD快充、電源適配器等領域成為了行業標配。 需求方面，2018年前后氮化鎵快充開始在國內市場興起，從最初的5W到現在已經更新迭代到了最高的300W，即使面臨全球消費市場疲軟的沖擊，但OPPO、vivo、小米、聯想、戴爾等廠商每年20億臺消費電子設備的基本盤仍然能為氮化鎵企業帶來30億顆GaN芯片的市場機會；從價值量來看，隨著充電器高功率的發展趨勢，一個電源適配器氮化鎵器件的使用量已經由1顆逐漸增加至3顆，單件價值量可提升2-3倍，這為GaN芯片廠商快速放量，實現從0到1的突破提供了充分的市場土壤。 基于創始團隊對氮化鎵的充分認知，致能科技選擇以市場更為成熟低功率的消費電子領域作為切入點，很快向市場推出了ZN65C1R400、ZN65C1R1000、ZN65C1R200、ZN65C1R120、ZN65C1R070等多個型號的產品，并且憑借業內領先的技術優勢，已經在下游眾多知名客戶中實現了批量出貨。 以某客戶240W的氮化鎵產品為例，該產品采用有橋PFC+雙管反激全GaN方案，使用的是致能科技自主研發cascode結構的D-GaN ZN65C1R070L與ZN65C1R0200L氮化鎵芯片，結合了致能科技最新的高壓GaN HEMT和低壓硅MOSFET技術，能夠實現卓越的可靠性和性能。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動損耗與開關損耗，在230Vac和48V輸出條件下，四點平均能效能達到95%，表現成績非常優異。 致能科技240W雙管反激方案電源 資料來源：致能科技
致能科技市場總監高飛表示：隨著PD快充與電源適配器行業的發展，更大容量電池供給與更短充電時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、開關頻率高、低傳導損耗等特點可以很好的解決傳統電源適配器中 Si MOSFET 充電慢、體積大的痛點。針對消費電子小功率市場的需求，目前致能科技已經向市場推出了一系列第一代650V氮化鎵器件，憑借公司領先的外延技術、自主開發的DHTOL、ALT等設備以及超高穩定的良率等獨特優勢，公司在競爭激烈的消費電子市場依然能夠提供極具性價比的產品，這為公司作為初創企業實現快速自我造血提供了重要支撐。
在小功率市場實現批量出貨后，致能科技也加大了在工控、儲能、通訊基站、服務器、新能源汽車等更廣闊市場中大功率產品的研發力度。 在數據中心領域，目前超過40％的數據中心成本與電力（電力和制冷）有關，而隨著大數據、人工智能的興起，數據中心的流量加速增長，傳統硅方案的有效性和效率已觸到“物理”瓶頸。如果在數據中心服務器電源的PFC和高壓DC/DC部分用氮化鎵MOSFET替代硅MOSFET，可以實現高達10-15％左右的效率提升，從而實現每年高達19億美元的成本縮減；在新能源汽車領域，GaN功率IC主要用于汽車的OBC車載充電器、DC-DC轉換器、BMS電池管理系統、主驅逆變、激光雷達等領域，汽車電動化趨勢有望推動汽車成為未來GaN功率半導體增長最快的細分領域，到2026年全球電動汽車GaN功率市場規模將增長至7.2億美元，2020-2026 CAGR有望達到320%。 致能科技部分應用方案及產品 資料來源：致能科技
在中大功率場景方面，致能科技針對工業、光伏/儲能、數據中心、新能源汽車等新興領域的主功率以及輔助電源的市場需求，也開發了一系列的GaN產品，主要型號包括ZN65C1R035、ZN90C1R300等，產品設計及性能均已達到國際先進水平。目前我們獨特的技術平臺以及可靠性評估手段已經被市場廣泛認可，其中在工業電源、服務器電源領域已實現批量出貨，在儲能領域也已經與國內幾家龍頭客戶進行聯合開發并且實現量產。而針對汽車市場，致能獨特的外延器件技術可以支持900V、1200V器件，目前也已經在和頭部Tier1以及汽車主機廠客戶聯合定義開發。 高飛說。
氮化鎵IDM滲透率不斷提高，擴產后公司產能將達到15000片/月
近年來，隨著氮化鎵技術的不斷發展與成本的進一步下降，推動其在高頻、高功率等場景中迎來了爆發式的發展。 市場規模方面，根據Yole的數據，2022年全球功率 GaN 器件市場規模為1.85億美元，預計未來6年將保持49%的年復合增長率，到2028年其市場規模將達到20.4億美元；滲透率方面，隨著行業龍頭出貨量的不斷增長，預計到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，納微半導體、EPC、GaN Systems、Transphorm等頭部廠商由于起步較早，在前期行業不成熟，收入規模以及產品數量相對較小的情況下，選擇以輕資產的Fabless模式來進行工藝平臺的設計，而將代工交給臺積電、X-fab等企業，目前該商業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產業鏈的良好基礎，選擇以IDM模式切入氮化鎵市場。雖然IDM模式目前在整個氮化鎵功率器件市場中占比較小，但隨著英飛凌對GaN Systems的收購，開啟了電力電子IDM傳統大廠并購設計廠商的開端，預計在未來氮化鎵IDM模式在行業總的占比有望逐步提高。 從產能來看，目前全球氮化鎵代表企業每月產能在2,000片至15,000片不等。其中英諾賽科在功率氮化鎵領域產能最大，已達到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。基于對市場發展的良好預期，英諾賽科正在積極擴產，預計到2025年擴產完成后其月產能將由現在的15000片/月提升到70000片/月；而在晶圓尺寸上，目前6英寸仍然是行業的主流，不過市場上主要玩家也正在積極擴建8英寸產能，根據Yole的預計，到2028年氮化鎵8英寸將占硅片總需求的60%以上。 致能科技具有完整的氮化鎵IDM技術及產線 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，他們的快速出貨對于氮化鎵行業的整體發展功不可沒。相對于他們，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現對他們的超越。 高飛說道，致能基于IDM量產平臺，已經具有外延、工藝、封裝、測試以及可靠性等完整的技術和產線，當前產能為5千片/月，預計未來封頂產能能達到1萬5千片/月。與友商相比，首先，我們可以非常快的提升氮化鎵產品的迭代效率。比如說，我們基于公司成熟的IDM平臺為客戶定制一款料，從立項到送樣僅用25天就可以完成；其次，在技術路線中，致能無論第一代還是第二代產品都強調長期可靠性，尤其是動態可靠性，目前我們認為在動態特性方面，致能已經遙遙領先于友商；最后，在成本方面，基于致能科技自身獨特的外延技術以及自主開發的測試系統等，我們在成本上已經遠遠低于我們的同行。
值得一提的是，憑借出色的氮化鎵研發技術及產品量產能力，致能科技此前已經吸引了中科創星、新潮集團、博世創投等眾多知名產業資本投資，這為公司的快速發展奠定了堅實的產業基礎。 展望未來，高飛表示: 致能科技在氮化鎵常開型柵結構、垂直溝道技術等方面已經居于國際先進行列，定義的下一代垂直產品也已經實現了重大的突破。未來，公司計劃在超高、高壓、中低壓氮化鎵等領域持續推出更多的產品，以完善的產品矩陣去搶占更多硅器件的市場。此外，致能目前也已經在進行8英寸氮化鎵的量產準備，預計未來相關產品的可靠性、成本、性能等技術指標還將進一步得到優化，在自身做大做強的同時以更好的產品實現和客戶在商業層面上的共贏。
