氮化镓“上车”节点的到来，是近了还是远了？

在本次北京车展，上海电驱动亮相了一款氮化镓的功率模块产品。

据现场工作人员介绍，采用氮化镓器件开发的电机控制器，其开关频率有着比碳化硅更高的优势，且开关损耗也更小，因此氮化镓器件的应用在提升电机控制器的功率密度和效率方面相比于碳化硅模块更加具有优势。

同时，也可以解决目前电机控制器产品功率密度低、效率低的问题，还能保持电驱动系统的经济性。

根据型号V08TC65S1A2，不难发现这是来自VisIC的V08 200A – D3GaN™ 功率开关。

D3GaN（直接驱动 D-模式）的V08TC65S1A2 功率开关将获得专利的高密度横向 GaN 功率晶体管集成到常关产品中，具有极低的 RDS(ON) 和异常高效的开关性能。

D3GaN 技术采用了 VisIC Technologies 的创新技术--隔离式高功率 SMD 封装，在要求高功率、高效率、低容量和低成本的应用中非常有效。集成的安全功能可确保系统启动和关闭期间的安全运行，同时不会影响 GaN 晶体管的开关性能。

除此之外，早在2021年11月，上海电驱动与安世半导体联合研制的新能源汽车氮化镓功率组件及电机控制器第四届进博会上亮相。

在相同的工况下，对比传统的硅基IGBT电机控制器，其效率提升非常明显：

◎基于氮化镓的电机控制器最高效率可到99.34%，效率大于90%的面积占比为93.58%；

◎基于硅基IGBT的电机控制器最高效率可到98.3%，效率大于90%的面积占比为83.94%。

01.

氮化镓上车，进行到哪一步了？

氮化镓商业化得最好的应用是消费电子快充赛道，另外在数据中心的应用逐渐开始起来，但在电动汽车上的应用目前还处于发展阶段。

目前，氮化镓在汽车上的应用，主要还是在于座舱内快充以及激光雷达等场景。

氮化镓器件的高效率和紧凑尺寸使其成为车载激光雷达系统的理想选择。2023年，英诺赛科研发了全球首款用于车载激光雷达的氮化镓芯片，从工业级应用进军到车规级应用，该芯片已在头部车企的激光雷达中实现量产，并成功进入终端市场。

除了车载激光雷达应用，近两年，氮化镓在汽车市场的主要驱动力将是电动汽车车载充电器（AC-DC转换）以及DC/DC转换器（电压范围为48V至400V）。从长远来看，临近 2030 年，OEM 厂商将开始考虑将 GaN 集成到主逆变器（650-800V）中。

在车载充电器（OBC）方面，氮化镓功率半导体大幅降低开关功率耗损与耗散，进而提升OBC的转换效率，不仅有助提升电动车充电效率，并兼具成本效益。

此外，氮化镓极低开关损耗可简化所需被动组件的数量与散热系统设计，缩减车载充电器整体尺寸及重量。

GaN Systems此前就推出了11kW/800V 氮化镓车载充电器设计，在系统尺寸、功率密度、成本效益、能源效率、热性能及碳足迹等各方面的优化。

与采用碳化硅 (SiC) 晶体管产品相比，提高了 36% 功率密度，降低了至少 15% 整体物料清单 (BOM) 成本，AC/DC 阶段最高转换效率 >99%，DC/DC 阶段最高转换效率 >98%。另外，这种设计具有较小总功率耗损、极低闸极振铃现象，并且采用金属绝缘基板 (IMS) 设计优化热性能。

此外，Transphorm总裁兼CEO Primit Parikh博士曾表示，氮化镓将于2024年应用于电动汽车，首先是2轮和3轮的电动车辆，然后是4轮的电动汽车，尤其是电动车的充电应用。

2021年3月，安世半导体与联合汽车电子（UAES）也达成合作，双方将在车载充电器、高压DC-DC直流转换器等项目中开展研发合作。

车载激光雷达、车载充电器（OBC）、DC/DC转换器方面“渐入佳境”，氮化镓技术能否上电动汽车动力总成的主逆变器呢？

除了前文提到了与上海电驱动的合作之外，安世半导体在2020 年就与里卡多（Ricardo）合作开发了基于 GaN 的 EV 逆变器设计。

以色列的 VisIC Technologies 与德国汽车供应商 ZF 合作开发用于 400 V 传动系统应用的 GaN 半导体；紧接着，2021年12月，VisIC已开始和汽车动力总成技术公司hofer powertrain共同开发用于 800V汽车应用的氮化镓逆变器；2023年9月，VisIC又与化合物半导体材料供应商IQE合作开发用于电动汽车逆变器的高可靠性D型GaN功率产品。

集邦咨询化合物半导体分析师表示，一些厂商在致力于开发用于汽车主逆变器的氮化镓功率元件，不过氮化镓的汽车应用目前还是处于一个早期的阶段，预计到2025年左右，会小批量地渗透到低功率的OBC和DC-DC中，再远到2030年，OEM或考虑将氮化镓引入到逆变器。

02.

收购与破产并存，产业链整合正当时

出于技术整合与创新、市场扩张、产品线丰富等战略布局方面的考虑，不少企业通过收购的方式，以加强自身在氮化镓方面的竞争力。

最典型的就是英飞凌和瑞萨电子两家企业。

2023年10月，英飞凌以8.3亿美元完成对GaN Systems的收购，显著推进了英飞凌的氮化镓技术路线图。

早在2015年，英飞凌就通过收购International Rectifier获得了与GaN功率器件相关的产品/技术；同年，英飞凌宣布与松下合作开发GaN功率半导体，开发出第一代联合开发产品“CoolGaN”，采用常关型GaN-on-Si晶体管结构；2021年，英飞凌与松下签订合同，共同开发和制造第二代产品，并宣布计划在2023年上半年推出650V耐压GaN HEMT上市。

无独有偶，2024年1月，瑞萨电子宣布与全球氮化镓（GaN）功率半导体供应商Transphorm达成最终协议。根据协议，瑞萨子公司将以每股5.10美元现金收购Transphorm所有已发行普通股，该公司估值约为3.39亿美元。

Transphorm是美国一家GaN功率器件生产商，致力于设计、制造和销售用于高压电源转换应用的GaN功率半导体器件。在车用领域，Transphorm的GaN产品在业内最早通过车规级认证，拥有丰富的产品系列。

相反，Wolfspeed为进一步聚焦碳化硅（SiC）材料和功率器件领域，于2023年8月将自身的射频业务以1.25亿美元（约9亿元人民币）出售给MACOM。2023年12月，MACOM完成对Wolfspeed射频业务的收购。

但对于MACOM而言，该射频业务与MACOM的产品组合高度互补，并创造了一个引人注目的组合技术解决方案。MACOM将接管Wolfspeed位于北卡罗来纳州的100mm GaN晶圆厂（RTP）的控制权。

进一步看，此次收购还包括Wolfspeed位于亚利桑那州、加利福尼亚州和北卡罗来纳州的设计团队和相关产品开发资产，以及位于加利福尼亚州和马来西亚的后端生产能力。此外，MACOM将获得强大的知识产权组合的转让或许可，其中包括1,400多项与RF业务相关的专利。

当然，几家欢喜几家愁，今年就有不少氮化镓企业面临着关闭或出售。

今年1月消息，美国总投资超过人民币10亿元的GaN企业NexGen Power Systems破产倒闭，旗下总投资超过1亿美元的晶圆厂也已关闭。据披露，倒闭的原因是难以获得风险融资，公司运营已经举步维艰。

NexGen成立于2017年，是一家专注开发垂直GaN on GaN器件的企业，在美国纽约州拥有66000 平方英尺GaN FAB1工厂，拥有20000平方英尺洁净室，用于 GaN 外延生长、材料表征、器件设计和加工等。

值得一提的是，NexGen认为，将垂直氮化镓逆变器驱动系统引入电动汽车市场可以帮助汽车制造商提高续航里程、减轻重量并提高系统可靠性。

今年3月消息，GaAs Labs投资的一家新加坡射频GaN芯片供应商Gallium Semiconductor宣布倒闭。不过今年4月消息，该公司似乎找到了新买家。Guerrilla RF宣布，完成对 Gallium Semiconductor GaN 器件产品组合的战略收购。

同样是GaAs Labs投资的一家GaN公司，Mission Microwave也被曝出售给美国私募股权投资公司J.F. Lehman & Company的子公司。

据悉，Mission Microwave是一家射频GaN模组企业。Mission Microwave利用GaN晶体管、独特的功率组合技术和新颖的全系统设计，开发出了 X、Ku 和 Ka 频段单元，服务于地面、机载、海上和航天等政府和商业客户。

同样是今年3月消息，美国垂直GaN器件厂商Odyssey在官网宣布，他们已与客户签署最终协议，将以 952 万美元（约合人民币0.67亿）现金，将其大部分资产出售给一家大型半导体公司，目前买家信息处于保密状态。

03.

结语

一方面是收购整合，一方面是破产出售，无不映射出氮化镓现阶段的“野蛮生长”与“混沌开局”。

从产业链端看，虽然氮化镓目前在下游车企中的接受程度较低，但也不乏有“先行者”的超前布局。2021年，宝马就与GaN Systems签订了产能协议，GaN Systems为宝马汽车提供高性能GaN功率晶体管，合作金额高达1亿美元。

对于Tier1 而言，他们的“合作”、“应用”等动作也均有衔接推动作用。除了上文提到的上海电驱动之外，威睿与纳微半导体合作建立实验室，将采用纳微的氮化镓以及碳化硅产品打造电动汽车高压产品；另外，欣锐科技也与纳微半导体联合打造的新型研发实验室，纳微半导体不仅为欣锐科技提供先进、可靠的下一代功率半导体器件，还将从产品规格和设计的初始阶段开始，参与到系统级的研发中，到建设测试平台和定制封装解决方案，为新能源汽车打造效率更高、功率密度更高、可靠性更好及成本更低的电源系统。

对于氮化镓器件企业而言，针对不同的应用场景与需求，选择发展不同的设计路线，提高器件一致性与可靠性。目前全球范围已有十余家GaN功率器件供应商，其中英飞凌（GaN Systems）、Navitas、英诺赛科、EPC、GaN Power、成都氮矽等采用的是E-Mode/直驱设计；瑞萨Transphorm、PI、TI、Nexperia、镓未来以及大连芯冠等采用的是D-Mode/Cascode设计。因此，选择哪种设计更好取决于具体的应用场景和需求，很难一概而论。

对于晶圆制造企业而言，能否借鉴碳化硅，通过“长大”而降本。德州仪器 (TI) 一位高管早前表示，该公司正在将其多个晶圆厂的 6 英寸氮化镓 (GaN) 芯片生产转向 8 英寸晶圆生产。更大的晶圆意味着每个晶圆上有更多的芯片，此举可能会导致氮化镓芯片价格全面下跌，以此进一步降本。