21世纪经济报道记者骆轶琪 广州报道
在化合物半导体领域，相比已经快速被商用在新能源汽车中的碳化硅材料（SiC），氮化镓（GaN）相关技术显得进程偏慢。
但随着近些年来包括手机厂商和国内供应链的积极联动，氮化镓率先被广泛认知是用于手机快充适配器端，目前也开始逐渐进入手机主板端。
由于手机是一种对器件可靠性极高的产品类型，因此这就意味着氮化镓的可靠性正在逐渐被更广泛验证。
随着近些年来技术的演进和终端厂商的联合推动，关于氮化镓技术的落地进程显示出加速态势。
头豹研究院TMT行业高级分析师霍翰松向21世纪经济报道记者表示，目前氮化镓功率器件技术在快充领域最为成熟，而在数据中心、工业领域也已经逐步开始使用，技术相对比较成熟。
“未来氮化镓功率器件还将渗透到新能源车领域，应用于OBC（车载充电器）、主驱逆变器、充电桩等。现阶段，多家氮化镓厂商已经开始了与新能源车相关企业进行合作，将有望加速推动车规级氮化镓功率器件的研发与可靠性验证进程。”他续称。
落地手机
早在2019年前后，氮化镓功率器件开始被应用在手机的快充充电头（也即电源适配器）中，到目前，这一应用场景已经在快速渗透普及。
近期其被应用到手机端，受到了投资圈的关注。在近日realme发布的真我GT2大师探索版中，提到在手机主板中应用到了新型氮化镓材料，“引入首个全链路GaN百瓦秒充”。这被视为是对氮化镓器件可靠性的一大认可。
霍翰松向记者分析，目前使用纯硅基器件的快充手机，一般会有快充功率与电池容量的权衡，即高快充功率会搭配较低容量的电池，原因是高快充功率需要更多空间放置电流控制的芯片，使得提高电池容量的空间受限。
“而氮化镓功率器件具有体积较小、开关频率高的特征，可以搭配较高电池容量，并提高快充效率，所以搭配氮化镓功率器件的手机既能拥有高快充功率，也能配置较高容量的电池，在未来有望得到推广。”他进一步指出，但消费者追求的是高性价比，现阶段使用氮化镓功率器件的快充手机受器件成本影响，价格相对较高，但是快充的性能并非特别突出，因此近期未必能成为主流应用趋势。
对此，realme相关工作人员告诉21世纪经济报道记者，此次将氮化镓MOSFET（简称“GaNFet”，一种功率器件）引入到手机主板中，带来的最大效果就是能在充电时减少主板端的发热，GaN相比上一代内部产品中采用的硅基MOSFET（下称“SiMOS”），发热功率可以减少20%；相比行业中同样功率的ChargerPump充电方案，峰值发热功率可降低85%以上。
“随着快充技术持续发展，用户能够感知到充电功率越来越大，但这带来的问题是，手机发热也会相应加大。那么要减少发热，又不降低充电电流，就需要降低充电路径阻抗。”前述人员向记者解释，以前的SVOOC直充方案在达到一定功率值后，如果往更高功率发展，会发现采用传统SiMOS的发热会影响到产品充电表现力。那么现阶段就需要通过牺牲部分成本的方式，引入新材料新器件，换取温升收益，从而令产品表现理想。
据介绍，此次是realme通过与国内氮化镓供应商伙伴联合推进器件小型化后，实现了将GaNFet应用到手机主板端。“realme采用的快充是直充技术路线，也就是手机端不需要经过其他功率转化过程，从适配器到手机主板GaNFet，最后到电池。这其中GaNFet的作用类似于开关，在充电时GaNFet就打开，不需要时就关闭。”他补充道。
为了保障充电技术安全，realme在电路中设计了温控检测、电流检测、阻抗检测等38重安全保护；同时由于GaNFet是首次应用手机主板端，realme在老化测试、压力测试等方面也经历了诸多验证工作，才有了如今的正式量产。
“用GaNFet替代SiMOS，可以使主板的布板面积减小，因此可以一定程度减轻目前智能机中器件排布高密度的状况，当然这方面影响有限，带来的更大受益还是在于缓解手机端的充电发热体验问题。”前述人士补充道。
加速商用
相比特斯拉率先大规模应用碳化硅功率器件，从而催生了相关产业链的快速成长。氮化镓方面除了用在手机适配器中之外，在其他高价值领域似乎还没有显示出明显的相关带动效应。
TrendForce集邦咨询分析师龚瑞骄告诉记者，距离氮化镓功率元件的实际大规模应用仅有几年时间，其成本和可靠性仍然是快速落地的最大挑战，另外在器件驱动方面也存在诸多难题亟待解决。
他同时指出，消费电子仍然是当前氮化镓功率元件最主要的应用市场，占据了接近70%左右份额，其中绝大多数是用于快充适配器。与此同时，氮化镓技术已逐渐出现在数据中心、通讯基站及汽车等场景中，这些颇具潜力的工业及车用市场是未来氮化镓的重点发展方向。
霍翰松也认为，氮化镓功率器件技术发展时间较晚，与碳化硅功率器件相比，中高功率器件技术成熟度较低；与硅功率器件相比，则成本较高，因此商用进度相较碳化硅功率器件较慢。
这意味着新技术和新材料的加速商用，与产业链环节间的积极挖掘和联动密切相关。
前述realme人员告诉记者，一方面，GaNFet技术在近些年来备受关注，另一方面，随着国内手机厂商对充电功率越做越大，可以理解是行业催生技术发展，也是技术助力手机体验，相辅相成的过程。“我们与氮化镓供应商交流，最早只是关注到这项技术的低阻抗特性，随着探讨深入，发现GaNFet在手机端有更多应用空间。”
目前商用到手机主板的第一步已经迈开，“我们预估，越来越多厂家会把GaNFet应用到手机主板端，并商用量产。预计到明年，GaNFet的使用成本就可以跟SiMOS齐平。”他续称。
因此从手机适配器到手机主板端，或许算是一个产业间基于创新和商用需求而密切联动带来的快速而直接的结果。
霍翰松认为，终端需求是加速氮化镓和碳化硅商用落地的催化剂，因为在需求驱动下，这些技术得以快速被导入终端产品的设计与验证当中，从而推动技术在终端应用的发展，同时厂商的know-how也能够得到快速积累。
“目前氮化镓厂商技术已得到一定积累，开始和终端应用厂商合作逐步渗透中高压应用场景，推进可靠性验证的进程；成本方面，现在主流的氮化镓器件使用硅衬底，与硅工艺兼容，具有显著的成本下降空间。在低压应用场景中，以手机快充领域为代表的需求旺盛，厂商出货量持续上升，成本已显著降低。”他进一步指出，目前氮化镓功率器件市场规模最大的是快充领域，而中国是其中最主要的贡献者，因此国内氮化镓商用进展是较快的。在“东数西算”工程的推动之下，中国数据中心建设将得到提速，从而带动该领域对氮化镓功率器件低损耗、高效率的需求。目前国内也已经有氮化镓厂商开始进行数据中心领域产品的终端验证与供货。
当然龚瑞骄也指出，从氮化镓器件商用进程来看，国外仍然处于领先地位。“部分厂商早在多年前便开始探索氮化镓在光伏逆变器、汽车等领域的应用。中国有庞大的消费电子市场，特别是周边配件，这为氮化镓消费级应用提供了良好的基础。”
（作者：骆轶琪 编辑：张伟贤）