本文对2024年底的在售GaN HEMT器件的各类指标进行分析,同时结合过去几年对GaN HEMT产品的指标进行对比,跟踪近年来的GaN HEMT的技术指标进展、价格变化及主要企业的产品情况。
在售GaN 功率晶体管的整体情况
GaN功率晶体管在售产品款式近200款,但在得捷在售功率二极管的占比不到1%。
2025年3月,据CASA Research统计digikey数据显示,有14家公司推出的289款GaN HEMT产品,其中191款产品在售,60款产品即将或已经停售,23款产品不适应新设计,产品迭代较快。GaN产品的供给厂家及产品量较前几年已经显著增长,对比2021年Mouser数据显示,共有约119款GaN HEMT系列产品在架。
此外,对比Si而言,GaN品类仍然属于小众,digikey在售功率晶体管超过20000款,GaN产品占整体约1%。
中压650V产品成为主流,大电流产品仍然稀缺
从电压来看,产品主要集中在600V-750V,150款产品,占比超过50%,100-200V产品约55款,占比18%。而900V以上的产品,主要为Transphorm推出的两款产品。
从电流来看,200V以内产品,在售产品的主要分布在50A以下,但100A以上大电流产品也不少。而在售的600V-750V产品电流基本在60A以下,大电流产品仍然较为稀缺。
2024年Q4国际上商业化的GaN电力电子器件性能
对比2024年Q4与2021年Q4的GaN功率器件的性能情况,显著看到的是600V到700V的中高压产品增加,成为主流。但大电流产品并未增加,包括200V以内和600V以上的大电流产品,能供应的仍然较少,且价格都比较高,仍是属于高端稀缺的品类。
650V-750V 产品导通电阻最低达到18毫欧
持续追求效率提高,降低功率损耗是GaN的优势,导通电阻是新产品持续改良的性能指标。根据不同Id、Vgs时导通电阻(最大值)进行分析,650V-750V 产品导通电阻最低达到18毫欧,但大部分产品的导通电阻在50-150毫欧之间。200V以内GaN产品导通电阻最低达到1毫欧,超过半数产品的导通电阻低于10毫欧。
QFN封装占整体6成以上
从封装形式来看,为满足紧凑的设计,更好适用于空间受限的应用,特别是体积更小,更高效的电源适配器和充电器。QFN及其衍生封装形式占据GaN功率产品的主流,占整体6成以上,且占比进一步提升;而TO仍然占据15%的比例。相较于2020年,QFN仅占比不到20%;而TO占到接近40%。
同时,相较于前几年,BGA(包括VFBGA、WLBGA等衍生形式)、LGA及CSP也开始在GaN采用,多适用于100 V及以下的高功率产品,如Nexperia 的GAN3R2-100CBEAZ,100V,耗散功率达349W,采用8-XFBGA,WLCSP的封装箱体。
国外主流企业推出的GaN新品情况
从推出的新产品来看,导通电阻进一步降低。EPC于2024年年初推出的100V的GaN FET,其导通电阻RDS(on)仅为1mΩ,而此前EPC于2021年、2022年推出的同类型100V产品的导通电阻RDS(on)分别为3.9mΩ和2mΩ。
国外主要企业在2024年推出的功率GaN 新产品
而从新品来看,封装集成仍是24年新品的重要趋势。如EPC推出了专为太空应用而两款抗辐射GaN功率级IC,是集成了单芯片驱动器和GaN 功率器件的半桥功率IC。
Transphorm与台湾Weltrend Semiconductor合作推出两款GaN产品,采用系统级封装((SiPs)形式集成了Weltrend的高频多模(QR/谷开关)反馈式PWM控制器和Transphorm的150mΩ和480mΩ 650V SuperGaN场效应管。
Navitas的GaNSafe增加了TOLT封装系列,增强了散热,同时为满足高要求的大功率应用而设计,第四代产品集成了控制、驱动、传感和关键保护功能。
市场价格情况
就价格来看,2024年底整体GaN晶体管的平均单价约2.4元/A;大部分单只产品的价格低于70元/只。
2024年底国际主流厂家600V~800V的 GaN晶体管产品价格分布情况(美元,不含税)
分电压来看,650V的产品价格的平均值为2.77元/A,基本与上年持平,略有回升。100V的产品价格的平均值为1.82元/A,40V的产品价格的平均值为1.39元/A。但从单只均价来看,电压低的产品电流较高,因此40V、100V、650V的产品单价均在30元/只左右。
分电压来看,650V的产品价格的平均值为2.77元/A,基本与上年持平,略有回升。100V的产品价格的平均值为1.82元/A,40V的产品价格的平均值为1.39元/A。但从单只均价来看,电压低的产品电流较高,因此40V、100V、650V的产品单价均在30元/只左右。
从厂家来看,Infineon、Transphorm目前在售产品较多,其产品均价基本在3元/A。而刨除Analog Power Inc.外,Cambridge GaN Devices、Rohm Semiconductor相对均价较高,两者目前供应的品类相对较少。
2024年底国际主流厂家600V~800V的 GaN晶体管产品平均价格情况
(来源:材料深一度)