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【導(dǎo)讀】氮化鎵(GaN)器件憑借自身獨(dú)特的高開關(guān)頻率、高功率密度和高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)勢在移動(dòng)設(shè)備PD充電器市場找到其商用價(jià)值。華為和小米等知名品牌在手機(jī)充電器上使用GaN充電方案，可以說，GaN充電器大有替代傳統(tǒng)充電器的趨勢。
為進(jìn)一步了解GaN充電器應(yīng)用及解決方案，我愛方案網(wǎng)記者在5G&半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高峰會(huì)采訪深圳市芯茂微電子有限公司副總經(jīng)理龍波。
深圳市芯茂微電子有限公司副總經(jīng)理龍波
芯茂微電子是一家專注于AC-DC電源控制技術(shù)研究的國產(chǎn)品牌供應(yīng)商。以物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、消費(fèi)類電子、通信、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、無人機(jī)、電力電子、醫(yī)療電子等為目標(biāo)市場，主要聚焦在BICMOS、BCD工藝平臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“700V BCD模擬高壓混合工藝”，擁有數(shù)十項(xiàng)國內(nèi)發(fā)明專利及海外PCT，2010年獲得國務(wù)院頒發(fā)“國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”、2017年獲得招商銀行“千鷹展翼最具投資潛力獎(jiǎng)”、2018年參與深圳市技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目、獲得第十三屆（2018年度）中國半導(dǎo)體創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)大獎(jiǎng)等。
GaN充電技術(shù)將立足于市場
2020年可以說是氮化鎵開辟市場的一年。在作為消費(fèi)類電子風(fēng)向標(biāo)的手機(jī)行業(yè)中，有多家知名手機(jī)品牌推出了基于手機(jī)、筆記本電腦快充的氮化鎵充電器。按此發(fā)展趨勢，在未來幾年中，氮化鎵快充將作為各大主流手機(jī)廠商的標(biāo)準(zhǔn)配件。
氮化鎵(GaN)作為第三代半導(dǎo)體器件，近年來逐漸進(jìn)入電源應(yīng)用領(lǐng)域，相比傳統(tǒng)的硅器件，氮化鎵器件可工作在更高的開關(guān)頻率，提升功率密度，從而帶來系統(tǒng)整體體積和重量的減小。龍波表示，采用氮化鎵(GaN)器件的便攜式充電器以體積小、重量輕、充電速度快等優(yōu)勢受到了市場消費(fèi)者的青睞，解決了當(dāng)下市場的“充電焦慮癥”。應(yīng)用GaN技術(shù)，可為消費(fèi)電子市場提供更為緊湊、輕巧的大功率輸出USB PD充電器，利用這一新技術(shù)，大部分移動(dòng)設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)更快速充電的目標(biāo)。
芯茂微電子涉足電源行業(yè)多年，走在市場前端
在2012年，芯茂微開始跨入電源行業(yè)，其優(yōu)勢在于團(tuán)隊(duì)技術(shù)多年的電源研究、人才多、有多項(xiàng)專利、完整的工藝、通過與美國技術(shù)企業(yè)和國內(nèi)技術(shù)大學(xué)合作研究，不斷對電源技術(shù)的探究與應(yīng)用。在對于未來電源的發(fā)展，龍總表示電源往體積更小，功率更高等方面發(fā)展，對于DSP電源也有可能往該方面發(fā)展。
談及公司今年出貨量，由于受到疫情影響，上半年出貨量受到影響，下半年電源市場需求旺盛，部分原因是受美國對華為的打壓因素，同時(shí)有幾家大公司在大量備貨，產(chǎn)能較緊，部分訂單已排到明年。
今年芯茂微推出的GaN充電解決方案，前期公司團(tuán)隊(duì)通過對市場的調(diào)查，再對GaN充電技術(shù)的探究。如今消費(fèi)電子市場電源快充越來越依賴，該方案克服了可生產(chǎn)性，已有多家電商公司進(jìn)行合作，已陸續(xù)出貨。
根據(jù)Yole對GaN應(yīng)用的細(xì)分市場預(yù)測，從2019年開始，GaN在電源應(yīng)用領(lǐng)域開始快速增長，預(yù)計(jì)到2022年將超過2億美元，其中移動(dòng)設(shè)備快充充電器是其主要驅(qū)動(dòng)力。很多廠商和市調(diào)機(jī)構(gòu)都看好氮化鎵器件在PD充電器市場的增長潛力。
圖：GaN器件的主要應(yīng)用市場增長及規(guī)模，其中非汽車的電源應(yīng)用增長最快。(來源：Yole）
GaN技術(shù)的發(fā)展挑戰(zhàn)
由于GaN是新材料和新技術(shù)，需在市場推廣應(yīng)用展現(xiàn)優(yōu)勢，還面臨著一定的技術(shù)困難和挑戰(zhàn)。龍波表示，在第三代半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中，氮化鎵充電器的最大挑戰(zhàn)主要包括：
1、器件封裝設(shè)計(jì)及散熱要求；
2、氮化鎵器件的驅(qū)動(dòng)比硅器件要求更高，需要應(yīng)對驅(qū)動(dòng)所帶來的各種挑戰(zhàn)；
3、高頻率下EMI問題，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)才能達(dá)到傳導(dǎo)和輻射EMI測試要求；
4、器件及系統(tǒng)可靠性；
5、如何實(shí)現(xiàn)不同的器件(電阻、電容和二極管等)的單片工藝整合;
6、應(yīng)用成熟度上還需對GaN的設(shè)計(jì)與調(diào)試進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)積累；
7、 PCB布局。
對于GaN充電器的發(fā)展展望
龍波認(rèn)為目前的第三代半導(dǎo)體設(shè)計(jì)處于摸索研究階段，公司將不斷研究，通過國內(nèi)大學(xué)、國外企業(yè)的合作研究，不斷突破GaN技術(shù)瓶頸，這也將是一個(gè)重大過程。
隨著GaN技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在未來的電源市場中，GaN充電技術(shù)將逐漸取代傳統(tǒng)充電器，讓我們拭目以待！
