GaN要在車用領域突破，還要邁過多少坎？

集微網消息，回顧2021年，電動車在“補能”環節的痛點問題将在2022年電動車滲透率進一步提升的過程中更新并爆發，成為行業高度關注的焦點，也将是産業要重點解決的一個環節。

2022年，車樁将往大功率高壓快充方向加速發展。目前，從車企動态來看，國内已有7家車企已經或者正在布局800V快充技術，并有望在今明兩年陸續實作量産。毋庸置疑的是，800V高壓快充會先在高端車型上推廣。不過，由于成本較高，是以，800V的高端市場銷量不明，仍待時間考驗。

而在主力軍的中低端車型中，大部分還是沿用400V平台。在這個平台上，在延長續航能力和增強補能環節的效率核心訴求下，GaN功率器件可以一展拳腳，有望迎來市場應用的拐點。

400V平台仍是電動車主流選擇

顯而易見，電動汽車是汽車産業發展的方向，也是未來超級智能終端。這一塊對功率器件需求，電動車相對燃油汽車，對功率器件需求大大增加，從電池管理到電機驅動等等一系列需求也大大增加。

英諾賽科相關人士指出，“在汽車這個領域，因為它是一個長周期的領域，對于氮化镓的應用場景，主要的剛需是車載充電、車載DC/DC逆變器子產品，甚至更前沿一些的無線充電等等，氮化镓也會給他們帶來不一樣的解決方案。”

“車載充電是電動汽車領域比較大的一個市場。800伏電池，可能要用到1200伏或者900V的功率器件，目前氮化镓做不到。但是400V電池、12千瓦這樣平台的一些OBC，可以用氮化镓去做，可以顯著提升它的充電效率和整個容量。”該人士補充到。

納微半導體副總裁兼中國區總經理查瑩傑告訴集微網，“可以預見的是，從整個全球的市場分布，歐洲基本上都是400V，因為它本身長續航裡程對它來說，不是一個最重要的要求。我們預測在2030年之前，歐洲絕大部分的車型還都是以400V為主。”

對于中國市場，他認為是個特例，“因為我們的國土比較遼闊，充電樁的分布也非常廣泛。是以，我們可以預判到2030年以前，中國将有将近一半的車可能會從400V到800V。整個全球的比重當中，400V還是主流，這是有共識的，現在Tier1廠商裡面，基本上可以看到未來幾年發展的平台，車載充電平台還是以400V為主。”

從車到樁，GaN器件在車上的優勢

從前述内容不難看出，800V的動力電池系統，主要用于長續航裡程的中高端車型，但從全球來看，400V電壓仍是主流。而這也是GaN目前的重要目标市場。

“GaN在車上的應用廣泛，像低壓電池的保護，電池到系統直流端的轉變，高壓電池的保護，以及在車載充電器、牽引的部分都可以替代矽基功率器件。”前述人士指出。

它帶來的好處主要有幾個方面，業内人士指出，“首先是充電時間縮短了60%。原來的車載充電器沒有相應的标準，其實我們現在産品功率提高到了22千瓦，在相同的體積内把原來的6.6千瓦更新到了22千瓦，讓整個充電速度提升了3倍，包括整個車載充電器的體積和重量不會影響到本身車的重量。”

“再有一個就是逆變，GaN器件在雙向電路中扮演非常重要的角色，降低5%的電池電量損耗，間接增加5%的續航。也就是說，在同等體積下，他可以讓車載充電器的重量大幅度下降，以及提高效率，在逆變的過程中，在消耗電路上的能耗會下降。總的來看，一個是車的重量減輕，第二個是逆變效率會提升，可以延長我們的續航裡程。”

憑借着這些優勢，GaN的汽車市場潛力巨大。“在一輛電動車裡面，氮化镓晶片的TAM（潛在市場總空間）超過250美元，這是一個非常了不起的機會。”查瑩傑向集微網透露，“其中，車載充電器接近50美元，還有DC/DC的逆變器大概15億美元，而在主驅動的應用接近200美元，根據Yole的預計，我們認為到2025年電動汽車中氮化镓晶片市場機會總值超過25億美元/年。”

GaN要突破，還要邁過多少坎？

盡管在車用市場的潛力很大，但現在車用GaN功率器件仍受可靠性、産品模式、生産模式、設計工藝等方面困擾。這些都是GaN器件在車用市場突圍時，要邁過的坎。

可靠性方面，查瑩傑強調到，“對GaN器件的測試非常重要，因為氮化镓作為安全性器件，最重要的是可靠性。我們在過去幾年間積累了大量的可靠性的資料，這一塊有我們的專利在保護我們一些測試的方法。我們的工藝開發風險都是由自己定義的，確定在公用的平台上我們和其他廠商的差别。”

此外，在小型的擴充卡領域，GaN主要是以晶片的模式存在，但在中大功率，像電動車、充電樁等等中大功率的應用，GaN要從晶片到子產品的轉型。在子產品的設計中，有很多的能耗都是來自于封裝的能耗，這對子產品的可靠性、穩定性和成本是至關重要的。

這種模式上的轉變，也讓GaN的生産模式層面發生了些改變。前述人士指出，“從晶片本身的角度來說，大部分廠商都是采用的無晶圓的工作模式。我們做設計，交給代工廠進行流片和光刻等，之後去做封裝，我們會把最核心的一些技術，包括工藝、晶片設計以及應用等部分，都握在我們自己手裡，這個是傳統的無晶圓級的模式。但做大功率産品，尤其是面對中國未來的發展，我們采取了非常開放的方式，包括通過像合資公司、一些戰略性合作，以及在模組生産這一塊，我們也會進行一些探索。”

除了在應用模式、生産等層面外，氮化镓目前的主要産品都是650V的器件，實測會遠高于650V，現在目前的應用場景都在650V這一個檔。

而碳化矽最主要的優勢是超高壓的場景，在高鐵、在汽車裡面超高壓部分元器件都是碳化矽的主打市場。業内人士指出，“兩者有一個應用領域的明顯界定，目前來看1200V是一個坎。氮化镓的工藝需要不斷完善，電壓這一塊還要往上去提。”

集微咨詢進階分析師朱航歐指出：“車規級功率器件市場，目前國内已有衆多企業推出了相應産品，并已陸續開始進行上車驗證，但由于驗證周期較長，期待國内企業在2022年下半年開始有實際的落地應用。總的來說，企業數量持續增加，産線加快建設，供應鍊開始逐漸成型，産業鍊自主可控能力增強。”（校對/日新）