小米发布GaN充回收电子料器，2020年将是GaN的起飞之年

2月13日，小米举办的小米10线上发布会上，除了手机，还有两个很有亮点的产品，一个是支撑WiFi6的路由器，还有一个就是使用了氮化镓（GaN）功率器件的65W充回收电子料器。近期更是传言苹果也将推出65W的GaN充回收电子料器。假如再有苹果的加持的话，GaN市场在2020年一定能一飞冲天。

其实从2018年开始就陆续有厂商推出了GaN充回收电子料器，只是在国内没开发布会而已。比如在2020年的CES上，参展的GaN充回收电子料器已经多达66款，涵盖了18W、30W、65W和100W等多个功率。

图1：雷军在小米10在线发布会上介绍GaN充回收电子料器。

GaN可以给充回收电子料器带来什么？

为什么越来越多的厂商开始关注GaN，并将之应用到本身的产品中呢？由于GaN是一种更新型的半导体材料，它与碳化硅（SiC）一路被成为“第三代半导体材料”，与硅、砷化镓等传统的半导体材料相比，具有更宽的带隙。其中硅的能隙是1.1回收电子料子伏特，砷化镓的能隙为1.4回收电子料子伏特，而GaN是3.4回收电子料子伏特。

因此，GaN具有更高的击穿回收电子料压(使用GaN时大于200V)；能够承受高的输入/输出错配(通常>15：1VSWR)；具有更高的结温，平均无故障时间为一百万个小时。

此外，它还具有热导率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特征。

图2：GaN技术成熟度曲线。

根据Gartner绘制的GaN技术成熟度曲线，GaN产品目前处于技术成熟度曲线的第二个攀升阶段，也就是说它的热潮时间段已经曩昔，走出了泡沫化的低谷期，已经进入了稳步爬升的光明期，如今正是氮化镓产品和技术发展的良机。

随着GaN技术获得突破，成本得到控制，除了射频微波领域，它还被广泛应用到了消耗类回收电子料子等领域，其中快速充回收电子料器便是一例。

采用了GaN功率器件的充回收电子料器最直观的感受就是体积小、重量轻，在发热量、服从转换上相比通俗充回收电子料器也有更大的上风，大大的提拔了用户的使用体验。

图3：GaN半导体材料的特征。

PI公司资深技术培训经理阎金光曾在行使PowiGaN开关技术扩展的InnoSwitch3 IC产品发布会上介绍说，用GaN开关替换硅MOSFET，可以极大地降低开关损耗，从而可以进步系统的服从；另外，因为GaN可以工作在高频段，因此可以使得整个回收电子料路的开关工作频率从原来的50~60kHz，进步到200~500kHz及以上，工作频率高了后，就可以大幅缩小变压器等器件的体积，从而进步了产品的功率密度，让产品的体积可以做得更小，服从做得更高。同时，由于服从进步了，散热也更益处理，有些产品甚至都不必要加散热片了。

快速充回收电子料器GaN芯片厂商有哪些？

据公开资料表现，小米这款65W氮化镓充回收电子料器型号的为AD65G，支撑100-240V @ 50/60Hz全球回收电子料压输入；配备一个USB-C接口，支撑USB PD3.0快速充回收电子料协议，并有5V/3A、9V/3A、10V/5A、12V/3A、15V/3A、20V/3.25A六组输出回收电子料压档位，最大输出功率65W。其中10V/5A特别回收电子料压档是专为小米10Pro设计，能够以50W的疾速快充功率为小米10 Pro充回收电子料，从0充回收电子料至100%仅需45分钟。

图4：不同充回收电子料器的尺寸对比。

纳微（Navitas）半导体发布的消息稿中提到，小米65W GaN充回收电子料器Type-C 65W采用的是纳微半导体的NV6115和NV6117 GaNFast功率IC，它们针对高频、软开关拓扑进行了优化，通过FET、驱动器和逻辑的单片集成，创建了特别很是小并且特别很是快的易于使用的 “数字输入，回收电子料源输出” 高性能回收电子料源转化模块。使用GaNFast技术，小米65W GaN充回收电子料器的尺寸为56.3×30.8×30.8mm（53 cc），是小米10Pro标配适配器的一半大小。

而纳微半导体是一家于2014年在美国加利福尼亚州 El Segundo 成立的GaN功率IC公司。其拥有壮大且赓续增加的功率半导体行业专家团队，在材料、器件、 应用程序、系统和营销及创新成功记录的领域内，经验雄厚。此外，其多位创始人统共加起来拥有超过200项专利。

从其官网上，我们可以看到手机应用开发，该公司统共发布了三款GaNFast产品，分别是NV6113、NV6115和NV6117。

图5：纳微半导体的三款GaN产品。（来源：纳微半导体官网）

当前市场上的GaN充回收电子料器重要采用的是650V GaN功率芯片作为功率开关。因为GaN功率芯片采用的是异质外延材料，在设计和制造工艺上都有极大的挑衅，因此全球范围内成熟可量产的GaN产线其实并不多。

现有市场上主流的GaN充回收电子料器背后的GaN功率芯片重要来源于三大芯片厂商，除了纳微半导体，还有Power Integrations（PI）和英诺赛科。

图6：市面上流行的GaN充回收电子料器背后的三家芯片厂商。（数据来源：充回收电子料头网）

*IDM: Integrated Design Manufacturer，集成设计制造商，既有IC设计能力也有IC制造能力的公司

**Fabless：无晶圆厂的IC设计公司，只负责IC的设计，不负责IC的制造生产，一样平常其IC交由专业的代工厂进行加工
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其中网站排名优化，PI的总部位于美国硅谷，是一家拥有三十多年历史，专注于高压回收电子料源管理和控制的回收电子料子元器件及回收电子料源方案供给商。其PowGaN品牌的GaN产品是2019年9月正式推出的，其实在品牌正式推出前，PI的GaN功率芯片已经在给客户出货了。

据其微信公众号消息介绍，在2019年9月30日时，PI的CEO Balu Balakrishnan亲手将第100万颗PowiGaN GaN功率器件交给了安克创新的CEO阳萌。也就是说在9月尾时，PI的GaN芯片出货量已经突破100万颗了。

目前 PI共有四款产品采用PowiGaN技术。分别是：

InnoSwitch3-Pro - 适合可动态控制回收电子料压及回收电子料流的回收电子料源应用；

InnoSwitch3-EP - 适合敞开式环境的回收电子料源应用；

InnoSwitch3-CP - 适合必要恒功率输出特征的充回收电子料应用；

LYTSwitch-6 - 适合LED 照明及镇流器应用。

另外一家英诺赛科（Innoscience）是一家国产硅基氮化镓厂商，它由海归团队于2015年12月提议并成立。公司一期项目坐落于珠海市国家级高新区，占地1.7万平米，投资10.95亿元，于2017年建成了全球首条8英寸加强型硅基氮化镓功率器件量产线，2018年6月发布8英寸硅基氮化镓WLCSP功率产品。二期项目坐落于苏州市吴江汾湖高新区， 占地24.5万平米，于2018年6月开工建设，预计2020年投入生产。

英诺赛科采用了集研发、设计、生产、制造和测试为一体的IDM模式，公司在可靠性和失效分析上进行战略投入， 建立了自有分析平台。它重要生产30V-650V氮化镓功率器件、功率模块和射频器件等产品。公司目前有单管GaN FET、半桥GaN FET和GaN IC三大类产品。

GaN还有哪些应用及玩家？

GaN除了可以应用在快充领域，在射频、汽车回收电子料子和光回收电子料子领域也应用较为广泛。自 20 年前出现首批商业产品以来，GaN 已成为射频功率应用中 LDMOS 和 GaAs 的紧张竞争对手，其性能 和可靠性赓续进步且成本赓续降低。第一批SiC基GaN和硅基GaN器件几乎同时出现摇架机柜，但SiC基GaN技术更加成熟，目前在射频GaN市场上占主导地位的是SiC基GaN产品，尤其是随着5G的到来，GaN将会在Sub-6GHz宏基站和毫米波（24GHz以上）小基站中找到一席之地。

不过，在GaN射频市场，重要以美国和日本厂商为主，欧洲厂商次之，中国重要是一些新进的企业。据Yole统计，2019 年全球3750多项专利一共可分为1700多个专利家族。这些专利涉及RF GaN外延、RF半导体器件、集成回收电子料路和封装等。Cree（Wolfspeed）拥有最强的专利实力，在RF应用的GaN HEMT专利竞争中，尤其在SiC基GaN技术方面处于领先地位，远远领先于其重要专利竞争对手住友回收电子料工和富士通。英特尔和MACOM是目前最活跃的RF GaN专利申请者，重要聚焦在硅基GaN技术领域。GaN RF HEMT相关专利领域的新进入者重要是中国厂商，例如 HiWafer（海威华芯），三安集成、华进创威。

图7：GaN射频市场紧张玩家的专利实力。（来源：Yole）

与硅基GaN射频相关的专利自2011年以来一向稳固增加，与 SiC基GaN相关的专利则一向在波动。硅基GaN射频专利中，17%的RF GaN专利明确声明用于GaN衬底。重要专利受让人是英特尔和MACOM，其次 是住友回收电子料工、英飞凌、松下、HiWafer、CETC、富士通和三菱回收电子料机。

GaN MMIC 领域，东芝和Cree（Wolfspeed）拥有最紧张的专利组合。Cree在该领域的IP地位最强，但是东芝目前是最活跃的专利申请人，在将来几年中将进一步巩固其IP地位。重要新进入者是Tiger Microwave （泰格微波）和华进创威。在RF GaN PA领域，Cree（Wolfspeed）处于领先地位。其他重要的IP厂商是东芝、 富士通、三菱回收电子料机、Qorvo、雷神公司和住友回收电子料机，新进者有MACOM。GaN RF开关领域，英特尔体现最活跃， 新进者有 Tagore Technology。英特尔是GaN RF滤波器的重要专利请人。

GaN技术有望大幅改进回收电子料源管理、发回收电子料和功率输出等应用。硅回收电子料源开关成功解决了低回收电子料压（<100 伏）或高回收电子料压容差（IGBT 和超结器件）中的服从和开关频率题目。然而，因为硅的限定，单个硅功率FET中无法提供悉数功能。宽带隙功率晶体管（如GaN和SiC）可以在高压和高开关频率条件下提供高功率服从，从而远远超过硅MOSFET产品。

因为材料特征的差异，SiC在高于1200V的高回收电子料压、大功率应用具有上风，而GaN器件更适合40-1200V的高频应用，尤其是在600V/3KW以下的应用场合。因此，在微型逆变器、伺服器、马达驱动、UPS 等领域， GaN可以挑衅传统MOSFET或IGBT器件的地位。GaN 让回收电子料源产品更为轻薄、高效。

在去年三月份<回收电子料子发烧友>举办的BLDC回收电子料机论坛上，就有专家透露表现十分关注GaN技术的发展，由于GaN技术可以让BLDC回收电子料机控制更加天真，性能更好。

在汽车回收电子料子中，假如使用48V总线系统的话，GaN技术可以帮助进步服从，缩小尺寸，并降低系统成本。

其实一向以来，GaN功率器件都是由EPC、GaN Systems、Transphorm和Navitas此类的纯GaN初创公司主导的，他们的产品重要是TSMC、Episil和X-FAB代工生产的。国内的新兴代工厂中，三安集成和海威华芯具有量产GaN功率器件的能力。

在近几年的激烈竞争中，英飞凌和 Transphorm 掌握了最顶级的功率GaN专利。英飞凌的专利最周全，可在各个GaN应用场景进行商业运动。而Transphorm则主攻功率GaN，临时领先其他竞争厂商。

英飞凌，EPC 和瑞萨目前在积极地进行功率GaN专利的研发和申请。并且，英飞凌和英特尔都在研发将GaN功率器件与其他类型的器件（例如射频回收电子料路和LED和/或Si CMOS 技术）进行单片集成的技术。

此外，GaN也是蓝光LED的基础材料，在MicroLED和紫外激光器中有偏重要作用。

其他紧张的GaN企业

CREE：全球最大的SiC和GaN器件制造商

Cree（Wolfspeed）在全球LED芯片、LED组件、照明产品、回收电子料源转换和无线通讯设备市场中处于向导地位。Cree具备SiC功率器件及GaN射频器件生产能力，其中SiC功率器件市场，Wolfspeed 拥有全球最大的份额，公司也引领了SiC晶圆尺寸的转变浪潮。在GaN射频市场，Wolfspeed位居第二。公司的GaN HEMT出货 量超过1500万只，并进一步拓展了GaN-on-SiC代工服务。

英飞凌：半导体与系统解决方案提供商

英飞凌提供各种半导体解决方案，包括微控制器，LED 驱动器，传感器以及汽车和回收电子料源管理 IC 等。在2019年6月公布收购赛普拉斯（Cypress）之后，Infineon 成为全球第八大芯片制造商。

美国国际整流（IR）公司于2010年推出了第一批商用化的GaN产品iP2010和iP2011，用于多相和POL的DC-DC转换器、开关和服务器等。2013年5月，IR开始了硅基GaN器件的商业化。

2014年9月，英飞凌以30亿美元收购了IR，通过此次收购，英飞凌取得了IR的硅基GaN功率半导体技术。

2015年3月，英飞凌和松下达成协议，联合开发采用松下回收电子料器的常闭式硅基GaN晶体管，于英飞凌的表贴（SMD）封装的GaN器件，推出高能效600V GaN功率器件。松下向英飞凌授予了使用其常闭型GaN晶体管结构的允许。按照协议，两家公司均可生产高性能GaN器件。

2018年12月份，英飞凌公布其硅基GaN产品开始量产，在其消息发布会上，英飞凌发布了采用氮化镓材料的CoolGaN 400V和600V加强型HEMT产品。

图8：GaN的技术上风。

住友回收电子料工：全球GaN射频器件第一大供给商

住友集团具有400年渊源历史，旗下住友回收电子料工（Sumitomo Electric）重要生产GaAs低噪声放大器（LNA）、 GaN放大器、光收发器及模块。住友回收电子料工为全球GaN射频器件第一大供给商，同时也是华为GaN射频器件第一大供给商，住友回收电子料工还向华为供给大量的光收发器及模块，位列华为50大核心供给商之列。住友回收电子料工垄断全球GaN衬底市场，其技术在业内处于领先地位。

意法半导体：与业界联手抢占GaN汽车回收电子料子市场

意法半导体正在将产品组合扩展至GaN领域。在2018年2月份的时候，意法半导体（ST）与MACOM签署了一份硅基氮化镓合作开发协议，根据协议，意法半导体为MACOM制造硅基氮化镓射频芯片。除了扩大MACOM的货源外，该协议还授权意法半导体在手机、无线基站和相关商用回收电子料信基础建设之外的射频市场制造、销售硅基氮化镓产品。

2018年9月，意法半导体展示了其在功率GaN方面的研发进展，并公布将建设一条新产线，生产包括硅基GaN异质外延在内的产品。

并于2018年与CEA-Leti睁开功率GaN合作，重要涉及常关型GaN HEMT和GaN二极管设计和研发，这将充分发挥CEA-Leti的IP和意法半导体的专业知识。意法半导体在位于法国格勒诺布尔的CEA-Leti中试线上研发产品，并在技术成熟后转移至意法半导体的8英寸量产线（也在法国）。

2020年2月21日，意法半导体又携手TSMC，合作加速氮化镓工艺技术的开发，并将星散式与整合式氮化镓元件导入市场。通过此合作，意法半导体将采用TSMC公司的氮化镓工艺技术来生产其氮化镓产品。据称此次合作重要是针对汽车用的氮化镓产品。

安森美半导体：正在与Transphorm合作

在功率GaN研发方面，安森美正在与Transphorm合作，共同开发和推广基于GaN的产品和回收电子料源系统方案，用于工业、计算机、通讯、LED照明及网络的各种高压领域。基于统一导通回收电子料阻等级，该公司第一代600 V硅基GaN器件已比高压硅MOSFET提供好4倍以上的门极回收电子料荷、更好的输出回收电子料荷、差不多的输出回收电子料容和好20倍以上的反向恢复回收电子料荷，通过继承改进，将来GaN的上风将会越来越显明。

松下：解决了许多课题

在GaN开发过程中、松下解决了许多课题。分外是其X-GaN系列，好处凸起，重要表现在以下3个方面：

安全（实现常关）；

和Si-MOSFET雷同的驱动方法（不容易坏的栅极）；

易于设计（无回收电子料流崩塌）。

X-GaN采用HD-GIT结构，从小功率到大功率设备，可提供最合适的封装选择。小功率提供DFN6x4，中大功率提供DFN8x8，大功率提供PSOP封装。

另外，其所有产品都可采用Kelvin Source，可以把源极寄生回收电子料感降到最小，实现高频稳固工作。

结语

随着5G时代的到来，5G基站的大规模建设对GaN射频有着伟大的需求，加上国内小米、OPPO等手机厂商在旗舰机型中采用GaN快充，GaN功率芯片的出货量有望在今年一飞冲天。

GaN之前一向没能普及，与其高高在上的价格不无关系，而如今浙江人事考试网，随着市场需求量增大、大规模生产的实现，以及工艺技术的革新等缘故原由，GaN器件的价格有望走向平民化，这对GaN器件的普及也摊平了道路。