GaN“上車”腳步正在加速

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）目前碳化硅在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用如火如荼，今年以來，可以看到包括蔚來ET7、比亞迪E3.0平臺(tái)、小鵬G9等都已經(jīng)采用碳化硅器件加持的電機(jī)控制器模塊，碳化硅器件在新能源汽車上的滲透率在不斷提高。

同是第三代半導(dǎo)體的氮化鎵，也不僅僅局限于充電器和射頻領(lǐng)域，事實(shí)上在電動(dòng)汽車的領(lǐng)域，氮化鎵在也已經(jīng)逐漸加快腳步，希望趕上新能源的這波紅利。近日聞泰科技旗下安世半導(dǎo)體宣布與日本京瓷位于奧地利的子公司Kyocera AVX Components達(dá)成合作，合作方向主要是氮化鎵汽車電源模塊。

那么目前為止，氮化鎵在汽車上的應(yīng)用到底進(jìn)展如何？實(shí)際上，氮化鎵在充電器上被廣泛使用，也就是近幾年的事情。汽車應(yīng)用上，目前距離大規(guī)模應(yīng)用氮化鎵還為時(shí)尚早。氮化鎵“上車”的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)是，寶馬在2021年與GaN Systems合作，就寶馬高性能車載標(biāo)準(zhǔn)的氮化鎵功率半導(dǎo)體簽署了全面的產(chǎn)能協(xié)議，合作金額達(dá)1億美元。

而GaN Systems在更早之前的2020年，還曾展示過一款全氮化鎵汽車，采用太陽能蓄電池，證明氮化鎵在功率轉(zhuǎn)換方面的可行性，同時(shí)也證明了氮化鎵在汽車上，也同樣具有很大的應(yīng)用前景。

具體到在汽車中的應(yīng)用，氮化鎵可以在電動(dòng)汽車的牽引逆變器，以及車載充電器以及DC/DC轉(zhuǎn)換器中發(fā)揮作用，同時(shí)，激光雷達(dá)上的電源模塊、汽車座艙內(nèi)的無線快充，都可以用到氮化鎵器件。

比如電動(dòng)汽車的車載充電器（OBC），使用GaN器件，可以將尺寸減少至原來的五分之一，充電效率可以達(dá)到98%，同時(shí)還可以減少散熱結(jié)構(gòu)。

在DC/DC上，采用GaN器件一個(gè)顯著的提升是，功率密度大幅提升，可以從1kW/L提升到2kW/L。

另一方面，目前電動(dòng)汽車高端車型正在逐漸往800V以上的高壓平臺(tái)推進(jìn)，但原有的800V以下平臺(tái)，氮化鎵可以繼續(xù)帶來效率提升。而這個(gè)在未來的中低端汽車市場(chǎng)，將會(huì)有很大的發(fā)展空間。

據(jù)預(yù)測(cè)，一輛電動(dòng)車中，潛在能夠應(yīng)用到氮化鎵的部件的市場(chǎng)機(jī)會(huì)超過250美元，到了2025年，電動(dòng)汽車中，氮化鎵功率芯片市場(chǎng)機(jī)會(huì)總值每年將有望超過25億美元。

另外，碳化硅目前應(yīng)用的主要問題在于，碳化硅襯底生長難度大，良率低導(dǎo)致成本較高。而氮化鎵功率器件可以在硅襯底上生長，也就是硅基氮化鎵器件，并且大多采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝，所以氮化鎵在成本、產(chǎn)能、供應(yīng)上，相比碳化硅具有一定要優(yōu)勢(shì)。

除了GaN Systems，聞泰旗下的安世半導(dǎo)體去年也推出了車規(guī)級(jí)氮化鎵功率器件，電壓等級(jí)為650V，導(dǎo)通電阻為50mΩ。據(jù)了解，安世半導(dǎo)體現(xiàn)已針對(duì)電壓等級(jí)為900V的氮化鎵器件進(jìn)行開發(fā)，且未來還有針對(duì)1200V產(chǎn)品的計(jì)劃，致力于打破氮化鎵產(chǎn)品只能在中低壓應(yīng)用的局面。

確實(shí)，以往人們認(rèn)為氮化鎵只適合在650V及以下的中低壓應(yīng)用中，但實(shí)際上，氮化鎵在功率器件中的潛力，遠(yuǎn)不止于此。此前晶湛與美國弗吉尼亞理工大學(xué)電力電子系統(tǒng)中心合作，成功制備一款氮化鎵SBD，實(shí)現(xiàn)了超過10kV的超高擊穿電壓，部分指標(biāo)甚至要高于同規(guī)格的SiC SBD。

在未來的電動(dòng)汽車上，氮化鎵能否對(duì)碳化硅的市場(chǎng)份額造成較大沖擊這不得而知，但可以確定的是，氮化鎵一定會(huì)有更大的舞臺(tái)。