本文對2024年底的在售GaN HEMT器件的各類指標進行分析,同時結合過去幾年對GaN HEMT產品的指標進行對比,跟蹤近年來的GaN HEMT的技術指標進展、價格變化及主要企業(yè)的產品情況。
在售GaN 功率晶體管的整體情況
GaN功率晶體管在售產品款式近200款,但在得捷在售功率二極管的占比不到1%。
2025年3月,據CASA Research統計digikey數據顯示,有14家公司推出的289款GaN HEMT產品,其中191款產品在售,60款產品即將或已經停售,23款產品不適應新設計,產品迭代較快。GaN產品的供給廠家及產品量較前幾年已經顯著增長,對比2021年Mouser數據顯示,共有約119款GaN HEMT系列產品在架。
此外,對比Si而言,GaN品類仍然屬于小眾,digikey在售功率晶體管超過20000款,GaN產品占整體約1%。
中壓650V產品成為主流,大電流產品仍然稀缺
從電壓來看,產品主要集中在600V-750V,150款產品,占比超過50%,100-200V產品約55款,占比18%。而900V以上的產品,主要為Transphorm推出的兩款產品。
從電流來看,200V以內產品,在售產品的主要分布在50A以下,但100A以上大電流產品也不少。而在售的600V-750V產品電流基本在60A以下,大電流產品仍然較為稀缺。
2024年Q4國際上商業(yè)化的GaN電力電子器件性能
對比2024年Q4與2021年Q4的GaN功率器件的性能情況,顯著看到的是600V到700V的中高壓產品增加,成為主流。但大電流產品并未增加,包括200V以內和600V以上的大電流產品,能供應的仍然較少,且價格都比較高,仍是屬于高端稀缺的品類。
650V-750V 產品導通電阻最低達到18毫歐
持續(xù)追求效率提高,降低功率損耗是GaN的優(yōu)勢,導通電阻是新產品持續(xù)改良的性能指標。根據不同Id、Vgs時導通電阻(最大值)進行分析,650V-750V 產品導通電阻最低達到18毫歐,但大部分產品的導通電阻在50-150毫歐之間。200V以內GaN產品導通電阻最低達到1毫歐,超過半數產品的導通電阻低于10毫歐。
QFN封裝占整體6成以上
從封裝形式來看,為滿足緊湊的設計,更好適用于空間受限的應用,特別是體積更小,更高效的電源適配器和充電器。QFN及其衍生封裝形式占據GaN功率產品的主流,占整體6成以上,且占比進一步提升;而TO仍然占據15%的比例。相較于2020年,QFN僅占比不到20%;而TO占到接近40%。
同時,相較于前幾年,BGA(包括VFBGA、WLBGA等衍生形式)、LGA及CSP也開始在GaN采用,多適用于100 V及以下的高功率產品,如Nexperia 的GAN3R2-100CBEAZ,100V,耗散功率達349W,采用8-XFBGA,WLCSP的封裝箱體。
國外主流企業(yè)推出的GaN新品情況
從推出的新產品來看,導通電阻進一步降低。EPC于2024年年初推出的100V的GaN FET,其導通電阻RDS(on)僅為1mΩ,而此前EPC于2021年、2022年推出的同類型100V產品的導通電阻RDS(on)分別為3.9mΩ和2mΩ。
國外主要企業(yè)在2024年推出的功率GaN 新產品
而從新品來看,封裝集成仍是24年新品的重要趨勢。如EPC推出了專為太空應用而兩款抗輻射GaN功率級IC,是集成了單芯片驅動器和GaN 功率器件的半橋功率IC。
Transphorm與臺灣Weltrend Semiconductor合作推出兩款GaN產品,采用系統級封裝((SiPs)形式集成了Weltrend的高頻多模(QR/谷開關)反饋式PWM控制器和Transphorm的150mΩ和480mΩ 650V SuperGaN場效應管。
Navitas的GaNSafe增加了TOLT封裝系列,增強了散熱,同時為滿足高要求的大功率應用而設計,第四代產品集成了控制、驅動、傳感和關鍵保護功能。
市場價格情況
就價格來看,2024年底整體GaN晶體管的平均單價約2.4元/A;大部分單只產品的價格低于70元/只。
2024年底國際主流廠家600V~800V的 GaN晶體管產品價格分布情況(美元,不含稅)
分電壓來看,650V的產品價格的平均值為2.77元/A,基本與上年持平,略有回升。100V的產品價格的平均值為1.82元/A,40V的產品價格的平均值為1.39元/A。但從單只均價來看,電壓低的產品電流較高,因此40V、100V、650V的產品單價均在30元/只左右。
分電壓來看,650V的產品價格的平均值為2.77元/A,基本與上年持平,略有回升。100V的產品價格的平均值為1.82元/A,40V的產品價格的平均值為1.39元/A。但從單只均價來看,電壓低的產品電流較高,因此40V、100V、650V的產品單價均在30元/只左右。
從廠家來看,Infineon、Transphorm目前在售產品較多,其產品均價基本在3元/A。而刨除Analog Power Inc.外,Cambridge GaN Devices、Rohm Semiconductor相對均價較高,兩者目前供應的品類相對較少。
2024年底國際主流廠家600V~800V的 GaN晶體管產品平均價格情況
(來源:材料深一度)