开车、玩手机甚至打仗都需要,我们未来离不开第三类半导体

第三类半导体去年引爆热门话题,美国、日本、中国拼命想分食这块大饼,台厂也纷纷投入相关供应链,但吸引力到底在哪?对于台厂来说,第三代半导体不只是充满商机的新蓝海,更是成熟技术转型的新寄托,点燃下一波增长动力的火苗。

随着5G通信、电动汽车等新兴应用对功率组件性能需求提高,相较于第一类材料“硅”(Si)、“锗”(Ge)以及第二类“砷化镓”(GaAs)和“磷化铟”(InP)对于温度、频率、功率已达极限,难以应用在更严苛环境上,第三类半导体的碳化硅(SiC)及氮化镓(GaN)在耐高温、高电流的环境下仍有极佳性能,所以市场将目光转向第三类半导体。

市调机构TrendForce预测,2025年全球功率半导体组件及模块市场规模将达274亿美元,其中第三类半导体SiC/GaN市场占比从2021年不到5%,扩大至2025年约17%。

因为材料特性,SiC和GaN用途不同,目前第三类半导体可分为3大应用,但随着科技持续发展,在应用上将出现更多的想象空间。

除了5G射频、快充,GaN未来发展重点:新能源汽车和数据中心

GaN适合高频、中高压领域(低于900V)特性,适合制作射频组件(GaN RF射频),如Wi-Fi、GPS定位、卫星通信甚至是军用雷达。

虽然GaN芯片代工大厂稳懋投入射频组件多年,但目前GaN射频通信市场仍由全球前两大IDM厂思佳讯(Skyworks)和Qorvo主导。

(Source:shutterstock)

第二大应用是利用GaN中低功率的特性,制作电源转换器(Power GaN),如LED和手机等消费电子领域的快充及整流器,手机品牌商OPPO、小米、vivo已经推出好几代GaN快充产品。

值得注意的是,苹果去年全新MacBook Pro快速充电器,首次采用Power GaN技术,功率高达140W,意味着百瓦级大功率快充产品进入增长期。

其中,在百瓦级大功率快充产品中,GaN技术市场渗透率达62%,主要由GaN功率芯片龙头纳微半导体(Navitas)与英诺赛科(Innoscience)供应,其中纳微半导体销售市场占有率超7成,已成功应用于倍思、联想、小米等厂商旗下产品。

(Source:pixabay)

TrendForce表示,到了2025年,GaN功率组件市场规模将达8.5亿美元,年复合增长率达78%。另外,新能源汽车/数据中心也将是GaN未来发展重点,前三大应用占比将分别为消费性电子60%、新能源汽车20%、通信及数据中心15%。

(Source:Trendforce,下同)

随着GaN功率晶体管价格不断下降(已逼近约1美元),以及技术方案愈趋成熟,TrendForce预估至2025年GaN整体快充市场渗透率将达52%。

特斯拉带动SiC组件商用化,电动汽车成为核心应用

随着大功率车充市场兴起,由于SiC高功率、更高压(超过1,200 V)的特性,适合用在特高压电网、风电、太阳能、储能及新能源车。

应用部分,特斯拉2018年发布平价车款Model 3,首度在电动汽车逆变器设计中导入意法半导体(STM)的SiC组件,加快SiC商用步伐。因为与特斯拉结盟,意法半导体在2021年SiC功率半导体市场占比获得第一(43%)。

TrendForce预估,全球SiC功率组件市场规模2025年将增长至33.9亿美元,年复合增长率(CAGR)达38%。前三大应用占比将分别为新能源车61%、太阳能发电及储能13%、充电桩9%,其中新能源车产业又以车载逆变器、车载充电器(OBC)、转换器组件(DC-DC)为应用大宗。

随着电动汽车成为SiC应用核心,对延长续航里程、缩短充电时间的需求越发明显。目前电动汽车的电池动力系统为200V-450V,随着电动汽车市场渗透率提高,有机会朝着800V方向迈进,预计2025年全球电动汽车市场对6英寸SiC芯片需求可达169万片。

(首图来源:shutterstock)

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