前言

作為一個半導體界的未來之星,不論是瑞士「意法」、德國「英飛凌」或日本「松下」等國際半導體巨擘2018年底,相繼開始投入氮化鎵GaN的領域。也伴隨著眾科技大廠如三星、小米開始採用,氮化鎵GaN開始獲得眾人的目光,就連有著護國神廠稱號的台灣積體電路(TSMC)都加入了氮化鎵GaN的戰局。

【5G新世代半導體超新星】「氮化鎵GaN」,未來通訊、充電器核心關鍵
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氮化鎵GaN是氮(N)與鎵(Ga)的化合物,用於半導體產業,為第三代半導體材料。其實氮化鎵GaN的研究早已超過30年,但在近年才開始成為半導體未來之星的原因是早期受限於製程技術無法大量製造

根據法國專業科技產業市調機構Yole Développement」的預估,氮化鎵GaN在2017至2023年在電源市場可以有55%的CAGR(年複合成長率),且未來Apple蘋果公司若採用氮化鎵GaN技術,則會大幅提升至93%,成為市場主流。

氮化鎵GaN因目前因成本較傳統矽高許多,目前仍無法取代傳統、較便宜的矽(Si)元件,但未來的可能性及商機都不可小覷,財經專家也直接點名看好氮化鎵的前瞻性,讓許多國際大型上市科技公司都爭相跟進氮化鎵GaN市場。

氮化鎵GaN擁有什麼讓人趨之若鶩的特別之處呢?下面來談談氮化鎵GaN的特性與兩個實際應用的產業。

氮化鎵GaN應用5G通訊

氮化鎵GaN有著相較於傳統矽(Si)元件更高的工作頻率,矽元件的切換頻率極限約為65~95kHz,再高即會造成原件耗損與不必要的耗能。但氮化鎵GaN製作的元件在高頻時仍有良好效能且穩定度高,高密度功率的特性可以使週邊元件的尺寸跟著縮小,與未來5G基地台密度高所需的特性相符。

【5G半導體超新星】氮化鎵GaN是什麼?未來通訊、充電器核心關鍵
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儘管氮化鎵GaN元件仍非市場主流,但因應下一代5G通訊講求更高頻更高效,許多通訊大廠都非常青睞也看好氮化鎵GaN的未來可塑性。根據Strategy Analytics預測,RF GaN元件(射頻氮化鎵)的市場規模從2018至2023年的營收約可以成長22%,快速增長來自5G基地台佈署、基地台升級、國防雷達、衛星等先進通訊設備。在未來5G通訊設備中,低於6gHz的頻段GaN元件會逐漸成長。

Yole Développement預估西元2025年時氮化鎵GaN可在射頻功率元件達到市占50%

【5G新世代半導體超新星】「氮化鎵GaN」,未來通訊、充電器核心關鍵
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氮化鎵GaN應用電源

在電力設備中,氮化鎵GaN的高功率性質帶動電供系統往高瓦數發展,在傳統材質矽發展已至瓶頸的現今,氮化鎵 GaN 高頻高效低發熱等可以解決以往處理不了的問題,在可預見的未來中,氮化鎵前景可期

氮化鎵GaN的特性讓它在高功率與600~650 V以下的高壓電電源設備有很大的發展空間,但不代表氮化鎵GaN在低瓦數沒有市場。體積小低發熱高瓦數的特性讓氮化鎵GaN非常適合使用在消費型電子產品的快充充電器上。建立在優良的體驗上,儘管氮化鎵GaN快充充電器較普通矽元件充電器貴上許多,但依然有不少消費者願意為了更好的效能買單

小米三星等手機與配件廠都相繼推出GaN元件的快充充電器。

【5G新世代半導體超新星】「氮化鎵GaN」,未來通訊、充電器核心關鍵
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氮化鎵GaN與碳化矽SiC差別?

氮化鎵GaN與碳化矽SiC同為第三代半導體材料,碳化矽SiC可以在元件上帶來:厚度更薄低能源耗損耐超大電流耐1200V以上的高電壓等諸多優質特性都讓碳化矽SiC與氮化鎵GaN並列講求效率的新世代半導體材料最佳選擇。碳化矽SiC目前普遍用在Tesla(特斯拉)與Porsche(保時捷)等高階電動車的元件中,與氮化鎵GaN皆有應用在消費市場。

氮化鎵GaN常見於較低壓碳化矽SiC則普遍用在較高壓的部分

氮化鎵GaN應用快充充電器

市場上快速充電器玲瑯滿目,除了要注意快充技術種類如PD、QC、VOOC等手機廠商推出的充電技術,體積是否輕巧安全度是否充足、功率是否夠高都成為消費者選購快充充電器的重點指標。

充電器領導品牌AUKEY推出PA系列充電器,四款都使用氮化鎵GaN功率元件,在發散熱方面較傳統矽元件充電器有更優良的表現

體積小好攜帶加上高瓦數是使用氮化鎵GaN元件高功率密度的優勢。

PA-B5、PA-B4、PA-B3及PA-B2都有支援到最高65W的輸出且支援PD快充,搭配獨家Dynamic Detect動態檢測技術分配功率來為手機筆電補充電力。在安全上最需要的過壓、過流、過溫、短路保護機制也都全部到位。非常適合想嘗試氮化鎵GaN這顆科技業超新星的朋友。

【5G半導體超新星】氮化鎵GaN是什麼?未來通訊、充電器核心關鍵
【5G半導體超新星】氮化鎵GaN是什麼?未來通訊、充電器核心關鍵

【5G半導體超新星】氮化鎵GaN是什麼?未來通訊、充電器核心關鍵
【5G半導體超新星】氮化鎵GaN是什麼?未來通訊、充電器核心關鍵

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