随着半导体器件对性能、效率、小型化要求的不断提高，明星产品GaN在电力电子领域中扮演的角色也越来越重要。
最近，芯八哥“走进产业链”栏目记者采访了国内氮化镓IDM的新锐企业致能科技的市场总监高飞，探讨在以氮化镓等为代表的第三代半导体蓬勃发展的背景下，当前IDM模式企业的生存与发展之道。
已实现低中高压全品线布局，为公司未来增长提供了完善的产品矩阵支持
据了解，致能科技成立于2018年，专注于宽禁带半导体氮化镓功率器件在电力电子领域的应用。近年来，公司的发展势头愈发亮眼，已研发出了650V、900V系列多款GaN功率器件，可广泛应用于消费电子、工业、光伏储能、数据中心、新能源汽车等领域。 资料来源：致能科技 在消费电子小功率场景，氮化镓由于具有低导通损耗、高开关频率等优良特性，能够以更低的成本实现更小的体积以及更高的功率密度，目前已经在PD快充、电源适配器等领域成为了行业标配。 需求方面，2018年前后氮化镓快充开始在国内市场兴起，从最初的5W到现在已经更新迭代到了最高的300W，即使面临全球消费市场疲软的冲击，但OPPO、vivo、小米、联想、戴尔等厂商每年20亿台消费电子设备的基本盘仍然能为氮化镓企业带来30亿颗GaN芯片的市场机会；从价值量来看，随着充电器高功率的发展趋势，一个电源适配器氮化镓器件的使用量已经由1颗逐渐增加至3颗，单件价值量可提升2-3倍，这为GaN芯片厂商快速放量，实现从0到1的突破提供了充分的市场土壤。 基于创始团队对氮化镓的充分认知，致能科技选择以市场更为成熟低功率的消费电子领域作为切入点，很快向市场推出了ZN65C1R400、ZN65C1R1000、ZN65C1R200、ZN65C1R120、ZN65C1R070等多个型号的产品，并且凭借业内领先的技术优势，已经在下游众多知名客户中实现了批量出货。 以某客户240W的氮化镓产品为例，该产品采用有桥PFC+双管反激全GaN方案，使用的是致能科技自主研发cascode结构的D-GaN ZN65C1R070L与ZN65C1R0200L氮化镓芯片，结合了致能科技最新的高压GaN HEMT和低压硅MOSFET技术，能够实现卓越的可靠性和性能。此外，该器件的栅极电荷比普通硅MOS低8倍，能够大幅降低器件的驱动损耗与开关损耗，在230Vac和48V输出条件下，四点平均能效能达到95%，表现成绩非常优异。 致能科技240W双管反激方案电源 资料来源：致能科技
致能科技市场总监高飞表示：随着PD快充与电源适配器行业的发展，更大容量电池供给与更短充电时间需求不匹配的矛盾在不断增长，而氮化镓功率芯片由于具有充电快、开关频率高、低传导损耗等特点可以很好的解决传统电源适配器中 Si MOSFET 充电慢、体积大的痛点。针对消费电子小功率市场的需求，目前致能科技已经向市场推出了一系列第一代650V氮化镓器件，凭借公司领先的外延技术、自主开发的DHTOL、ALT等设备以及超高稳定的良率等独特优势，公司在竞争激烈的消费电子市场依然能够提供极具性价比的产品，这为公司作为初创企业实现快速自我造血提供了重要支撑。
在小功率市场实现批量出货后，致能科技也加大了在工控、储能、通讯基站、服务器、新能源汽车等更广阔市场中大功率产品的研发力度。 在数据中心领域，目前超过40％的数据中心成本与电力（电力和制冷）有关，而随着大数据、人工智能的兴起，数据中心的流量加速增长，传统硅方案的有效性和效率已触到“物理”瓶颈。如果在数据中心服务器电源的PFC和高压DC/DC部分用氮化镓MOSFET替代硅MOSFET，可以实现高达10-15％左右的效率提升，从而实现每年高达19亿美元的成本缩减；在新能源汽车领域，GaN功率IC主要用于汽车的OBC车载充电器、DC-DC转换器、BMS电池管理系统、主驱逆变、激光雷达等领域，汽车电动化趋势有望推动汽车成为未来GaN功率半导体增长最快的细分领域，到2026年全球电动汽车GaN功率市场规模将增长至7.2亿美元，2020-2026 CAGR有望达到320%。 致能科技部分应用方案及产品 资料来源：致能科技
在中大功率场景方面，致能科技针对工业、光伏/储能、数据中心、新能源汽车等新兴领域的主功率以及辅助电源的市场需求，也开发了一系列的GaN产品，主要型号包括ZN65C1R035、ZN90C1R300等，产品设计及性能均已达到国际先进水平。目前我们独特的技术平台以及可靠性评估手段已经被市场广泛认可，其中在工业电源、服务器电源领域已实现批量出货，在储能领域也已经与国内几家龙头客户进行联合开发并且实现量产。而针对汽车市场，致能独特的外延器件技术可以支持900V、1200V器件，目前也已经在和头部Tier1以及汽车主机厂客户联合定义开发。 高飞说。
氮化镓IDM渗透率不断提高，扩产后公司产能将达到15000片/月
近年来，随着氮化镓技术的不断发展与成本的进一步下降，推动其在高频、高功率等场景中迎来了爆发式的发展。 市场规模方面，根据Yole的数据，2022年全球功率 GaN 器件市场规模为1.85亿美元，预计未来6年将保持49%的年复合增长率，到2028年其市场规模将达到20.4亿美元；渗透率方面，随着行业龙头出货量的不断增长，预计到2028年GaN功率器件将占电力电子市场的 6% 以上。 目前，氮化镓玩家众多，主要可以分为IDM模式和Fabless+Foundry模式两大类。其中，纳微半导体、EPC、GaN Systems、Transphorm等头部厂商由于起步较早，在前期行业不成熟，收入规模以及产品数量相对较小的情况下，选择以轻资产的Fabless模式来进行工艺平台的设计，而将代工交给台积电、X-fab等企业，目前该商业模式仍是功率氮化镓市场的主流；而英诺赛科、英飞凌、罗姆、意法半导体、华润微、士兰微、闻泰科技等厂商由于起步较晚或者自身本来就有IDM产业链的良好基础，选择以IDM模式切入氮化镓市场。虽然IDM模式目前在整个氮化镓功率器件市场中占比较小，但随着英飞凌对GaN Systems的收购，开启了电力电子IDM传统大厂并购设计厂商的开端，预计在未来氮化镓IDM模式在行业总的占比有望逐步提高。 从产能来看，目前全球氮化镓代表企业每月产能在2,000片至15,000片不等。其中英诺赛科在功率氮化镓领域产能最大，已达到15000片/月。截至2023年8月，英诺赛科氮化镓芯片出货量已成功突破3亿颗。基于对市场发展的良好预期，英诺赛科正在积极扩产，预计到2025年扩产完成后其月产能将由现在的15000片/月提升到70000片/月；而在晶圆尺寸上，目前6英寸仍然是行业的主流，不过市场上主要玩家也正在积极扩建8英寸产能，根据Yole的预计，到2028年氮化镓8英寸将占硅片总需求的60%以上。 致能科技具有完整的氮化镓IDM技术及产线 资料来源：致能科技
目前，我们的友商已在市场上取得了一定的成绩，他们的快速出货对于氮化镓行业的整体发展功不可没。相对于他们，致能科技属于后来者，那我们就需要有自己的差异化路线，以高可靠低成本的器件去快速迭代以实现对他们的超越。 高飞说道，致能基于IDM量产平台，已经具有外延、工艺、封装、测试以及可靠性等完整的技术和产线，当前产能为5千片/月，预计未来封顶产能能达到1万5千片/月。与友商相比，首先，我们可以非常快的提升氮化镓产品的迭代效率。比如说，我们基于公司成熟的IDM平台为客户定制一款料，从立项到送样仅用25天就可以完成；其次，在技术路线中，致能无论第一代还是第二代产品都强调长期可靠性，尤其是动态可靠性，目前我们认为在动态特性方面，致能已经遥遥领先于友商；最后，在成本方面，基于致能科技自身独特的外延技术以及自主开发的测试系统等，我们在成本上已经远远低于我们的同行。
值得一提的是，凭借出色的氮化镓研发技术及产品量产能力，致能科技此前已经吸引了中科创星、新潮集团、博世创投等众多知名产业资本投资，这为公司的快速发展奠定了坚实的产业基础。 展望未来，高飞表示: 致能科技在氮化镓常开型栅结构、垂直沟道技术等方面已经居于国际先进行列，定义的下一代垂直产品也已经实现了重大的突破。未来，公司计划在超高、高压、中低压氮化镓等领域持续推出更多的产品，以完善的产品矩阵去抢占更多硅器件的市场。此外，致能目前也已经在进行8英寸氮化镓的量产准备，预计未来相关产品的可靠性、成本、性能等技术指标还将进一步得到优化，在自身做大做强的同时以更好的产品实现和客户在商业层面上的共赢。
