GaN芯片出貨量達(dá)1500萬顆！iPhone12帶火的氮化鎵充電器，你get到了嗎？

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（電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道 文/章鷹）臨近年末，快充市場(chǎng)異?；鸨?。市場(chǎng)層面有兩大利好：2020年10月，蘋果宣布iPhone12系列手機(jī)以及官網(wǎng)所有在售iPhone機(jī)型均不再附送充電器，整個(gè)快充市場(chǎng)為之雀躍；小米10、華為Mate40、OPPO和三星最新安卓手機(jī)都推出了氮化鎵充電器，從45W、65W到120W快充產(chǎn)品陸續(xù)上市。蘋果、三星、華為、小米、OPPO等全球前五大手機(jī)廠商采用GaN充電器，驅(qū)動(dòng)整個(gè)快充行業(yè)呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole估計(jì)，功率GaN市場(chǎng)中最大的細(xì)分市場(chǎng)仍然是電源應(yīng)用，即手機(jī)的快速充電。2018至2024年間市場(chǎng)規(guī)模的復(fù)合年增長(zhǎng)率將高達(dá)92%。其中，GaN快充市場(chǎng)2020-2023年間增速將達(dá)到55%。樂觀情況下，氮化鎵功率市場(chǎng)規(guī)模將超過7.5億美元。

氮化鎵為何能成為快速充電器的最佳材料選擇？氮化鎵芯片廠商如何助力終端廠商的快充產(chǎn)品上線？國內(nèi)電源管理芯片廠商在20W、45W等主流快充產(chǎn)品上有哪些經(jīng)典方案？納微半導(dǎo)體銷售總監(jiān)李文輝、芯朋微電子應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)王曠和英諾賽科產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理鄒艷波帶來最新的市場(chǎng)趨勢(shì)解讀和主流方案分享。

氮化鎵為何成為快充材料的最佳選擇？

作為第三代半導(dǎo)體的核心材料之一，GaN其主要有三個(gè)特性——開關(guān)頻率高、禁帶寬度大、更低的導(dǎo)通電阻。它在充電器上的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：體積小，重量輕；功率密度大，效率高但不容易發(fā)熱；手機(jī)、筆記本都能充，兼容多個(gè)設(shè)備。

圖片來自小米官網(wǎng)

小米集團(tuán)董事長(zhǎng)兼CEO雷軍在小米10發(fā)布會(huì)上曾經(jīng)介紹，GaN是一種新型半導(dǎo)體材料，做出的充電器體積特別小，充電效率卻特別高，發(fā)熱低，同時(shí)兼容手機(jī)與筆記本電腦。小米Type-C GaN 65W充電器比標(biāo)配的65W充電器體積要小一半，充滿配備4500mAh電池的小米10 Pro僅需45分鐘。同樣為iPhone 11充電，GaN充電器速度比原裝快一倍。

在大屏手機(jī)成為主流、處理器不斷升級(jí)的前提下，電池技術(shù)已經(jīng)到達(dá)瓶頸，如何更快地充電就成為了解決續(xù)航問題的關(guān)鍵。在李文輝看來，氮化鎵（GaN）受到關(guān)注有兩大原因：屏幕大小不斷攀升，電池容量持續(xù)攀升。10年前，手機(jī)電池平均容量是1200毫安，到2020年，智能手機(jī)電池平均容量達(dá)到4500毫安，10年內(nèi)電池容量接近擴(kuò)大3倍以上；手機(jī)屏幕從2寸到今天6.5寸，屏幕放大四倍。未來智能手機(jī)屏幕越大，整個(gè)CPU、射頻和周邊電子器件都使用功率部分，電池越來越大。

GaN（氮化鎵）與傳統(tǒng)硅材料有什么差別？納微半導(dǎo)體銷售總監(jiān)李文輝分析說，GaN比傳統(tǒng)的硅具有更高的效率、更小的尺寸和更輕的重量。具體說，GaN運(yùn)行速度比硅加快20倍，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高出三倍的功率，能量密度至少提升一倍，比較AC/DC這種傳統(tǒng)的電源管理方式效率至少3個(gè)點(diǎn)提升。

氮化鎵的出現(xiàn)改變充電器體積隨功率密度增大不斷增大的現(xiàn)狀，它是目前全球最快的功率開關(guān)器件，并且可以在高速開關(guān)的前提下保持高效率水準(zhǔn)。高開關(guān)頻率減小了變壓器的體積，從而大幅度縮小了充電器的體積。同時(shí)，氮化鎵具有更低的損耗，使用氮化鎵芯片后，減少了其他元件的使用，進(jìn)一步縮小了充電器體積。

納微半導(dǎo)體：出貨氮化鎵功率IC產(chǎn)品超500萬顆 助力主流產(chǎn)品加快上市

納微半導(dǎo)體成立于2014年，聚焦GaN功率芯片，憑借其面向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的高集成度的GaN功率芯片產(chǎn)品在市場(chǎng)上快速建立起知名度。

近日，在2020年USB PD & Type-C亞洲大會(huì)上，納微半導(dǎo)體銷售總監(jiān)李文輝分享了他們最新的進(jìn)展：2020年6月，全世界最小的50W超閃充電器OPPO餅干充電器問世，搭載納微芯片；7月，第500萬顆納微芯片成功投入市場(chǎng)；8月，全世界第一款iPhone12專屬氮化鎵超速充電器提前問世，搭載納微功率IC芯片。

李文輝分析說，一開始氮化鎵技術(shù)在dMode FET，特性是在沒有電壓的控制下，需要額外的硅FET“級(jí)聯(lián)”配置，需要設(shè)置復(fù)雜的電路。納微半導(dǎo)體堅(jiān)持走eMode FET技術(shù)，這種技術(shù)在沒有電壓的時(shí)候是關(guān)斷的，類似于傳統(tǒng)的MOSFET，比較容易控制。納微半導(dǎo)體采用專有的 AllGaN工藝設(shè)計(jì)套件將最高性能的GaNFast與邏輯和模擬電路單片集成，可為移動(dòng)、消費(fèi)和新能源市場(chǎng)提供更小、更高能效和更低成本的電源。據(jù)悉，小米發(fā)布的氮化鎵快充產(chǎn)品采用了納微半導(dǎo)體的功率芯片產(chǎn)品。

圖片：電子發(fā)燒友拍攝

納微半導(dǎo)體（Navitas）擁有強(qiáng)大的功率半導(dǎo)體行業(yè)專家團(tuán)隊(duì)，擁有120多項(xiàng)專利，其功率IC是臺(tái)積電代工，從2018年1月到2020年7月份，納微半導(dǎo)體的功率IC出貨500萬顆，預(yù)計(jì)到今年底全球交付超過900萬顆芯片給客戶，實(shí)現(xiàn)零故障。李文輝強(qiáng)調(diào)說，納微半導(dǎo)體功率IC芯片經(jīng)過專有可靠性測(cè)試，有50年的使用年限。

芯朋微：如何應(yīng)對(duì)PD快充小型化挑戰(zhàn)

芯朋微電子應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)王曠指出，對(duì)于PD快充來講，最關(guān)鍵的一個(gè)技術(shù)就是智能高壓器件，高壓?jiǎn)?dòng)管可以實(shí)現(xiàn)電源的低待機(jī)功耗，快速啟動(dòng)和效率要求。芯朋微自主設(shè)計(jì)的智能功率MOS耐壓涵蓋40V-1200V，30mw待機(jī)，快速啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輕載高效，雪崩抗沖擊能力強(qiáng)，功率密度高。

對(duì)于iPhone 12不配充電器，王曠表示手機(jī)廠商的動(dòng)作對(duì)快充業(yè)內(nèi)帶來了新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)為：一是如何把18W 的USB PD升級(jí)到20W USB PD；二是充電器如何做小。芯朋微推出了第二代PD快充方案PN8162+PN8307。

除了原來上一代產(chǎn)品具備的高集成度、性能優(yōu)異和成本優(yōu)勢(shì)外，在高功率密度方面，因?yàn)橹骺匦酒?jí)到PN8162后，采用PDFN5*6專用封裝，降低芯片熱阻，相同工況下比傳統(tǒng)SOP8溫升降低19度以上。在自適應(yīng)控制技術(shù)上，PN8162采用QR控制技術(shù)，降低芯片開關(guān)功耗，自適應(yīng)QR開關(guān)技術(shù)，簡(jiǎn)化EMC設(shè)計(jì)，解決小體積充電器EMC問題，并減小輸出電容容量。

針對(duì)充電器體積越小，EMC挑戰(zhàn)越大的難點(diǎn)，PN8162解決對(duì)策：自適應(yīng)QR控制分散開關(guān)頻率頻譜分布；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明20W PD快充在9V2A和9V2.22A負(fù)載下，溫升相差10度左右，如何解決小型化帶來的溫升挑戰(zhàn)？PN8162解決對(duì)策：采用PDFN封裝，封裝熱阻降低至于15度每瓦，9V2.22A工況下，芯片溫升降低10度左右。

芯朋微2005年成立，深耕電源管理芯片15年，業(yè)績(jī)表現(xiàn)持續(xù)向好。2020年出貨芯片8億顆，7月份芯朋微在科創(chuàng)板上市，作為國內(nèi)模擬IC芯片設(shè)計(jì)公司，芯朋微得到國家大基金二期的投資，已經(jīng)成為模擬芯片領(lǐng)域國產(chǎn)替代的重要廠商。

英諾賽科：氮化鎵快充市場(chǎng)快速發(fā)展 8英寸晶圓線投產(chǎn)助力市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大

英諾賽科產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理鄒艷波對(duì)記者表示，2020年，氮化鎵快充市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，整個(gè)行業(yè)的芯片出貨量已經(jīng)超過1500萬顆，比2019年實(shí)現(xiàn)了10倍的增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2021年，氮化鎵芯片持續(xù)高增長(zhǎng)，將會(huì)實(shí)現(xiàn)1億顆的出貨量預(yù)期。2020年，英諾賽科的氮化鎵芯片實(shí)現(xiàn)了400萬顆出貨量。2021年目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)10倍數(shù)量增長(zhǎng)。

2018年到2020年，整個(gè)快充市場(chǎng)經(jīng)歷三年的培育期，市場(chǎng)認(rèn)可氮化鎵芯片高頻、高效和可靠性。未來氮化鎵芯片要實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展，產(chǎn)能保證是一個(gè)重要前提。鄒艷波認(rèn)為，中國芯片企業(yè)只有采用IDM模式，實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)和制造一體化，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈控制，才能解決真正的產(chǎn)能問題。

2018年，英諾賽科珠海8寸晶圓廠的產(chǎn)能達(dá)到月產(chǎn)4000片。從2018年起，英諾賽科規(guī)劃布局更大規(guī)模的晶圓廠，2020年9月19日，英諾賽科蘇州第三代半導(dǎo)體基地舉行設(shè)備搬入儀式，預(yù)計(jì)明年年中滿產(chǎn)后將實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)8英寸硅基氮化鎵晶圓65000片，產(chǎn)品線覆蓋30V-650V的全系列氮化鎵芯片，產(chǎn)品將為5G移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車、無人駕駛、手機(jī)快充等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新發(fā)展提供核心電子元器件。

INN650D02 “InnoGaN”開關(guān)管基于業(yè)界領(lǐng)先的8英寸生產(chǎn)加工工藝，是目前市面上最先量產(chǎn)的先進(jìn)制程氮化鎵功率器件，這項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模商用將推動(dòng)氮化鎵快充的快速普及。得益于全球首條8英寸增強(qiáng)型硅基氮化鎵功率器件量產(chǎn)線以及先進(jìn)的研發(fā)品控分析能力，英諾賽科InnoGaN系列的整體性能和成本均得到很好的把控，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。

小結(jié)：

隨著人工智能和5G通信的發(fā)展，對(duì)5G手機(jī)、筆記本電腦和其他智能終端的快速充電都提出了高要求。隨著用戶對(duì)充電器通用性、便攜性的要求，氮化鎵快充市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。國際廠商在功率IC領(lǐng)域具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)廠商英諾賽科也在積極布局芯片設(shè)計(jì)和產(chǎn)能。

GaN功率器件市場(chǎng)目前還不大，相對(duì)于成熟的Si而言，GaN產(chǎn)業(yè)鏈目前并不成熟，價(jià)格偏高，可靠性、成本等各方面都不具壓倒性優(yōu)勢(shì)。2021年，中國GaN快充市場(chǎng)出現(xiàn)哪些新穎產(chǎn)品，GaN功率芯片和產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)哪些突破，我們將拭目以待。

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