氮化镓快充研发重大突破，三大核心芯片实现全国产

充电头网近日从供应链获悉，国产氮化镓快充研发取得重大突破，三大核心芯片实现自主可控，性能达到国际先进水准。

一、氮化镓快充市场规模

氮化镓（gallium nitride，GaN）是下一代半导体材料，其运行速度比旧式传统硅（Si）技术加快了二十倍，并且能够实现高出三倍的功率，用于尖端快速充电器产品时，可以实现远远超过现有产品的性能，在尺寸相同的情况下，输出功率提高了三倍。

也正是得益于这些性能优势，氮化镓在消费类快充电源市场中有着广泛的应用。充电头网统计数据显示，目前已有数十家主流电源厂商开辟了氮化镓快充产品线，推出的氮化镓快充新品多达数百款。华为、小米、OPPO、魅族、三星、中兴、努比亚、魅族、realme、戴尔、联想等多家知名手机/笔电品牌也先后入局。

另有数据显示，在以电商客户为主的充电器市场，2019年氮化镓功率器件出货量约为300万-400万颗，随着手机以及笔记本电脑渗透率进一步提升，2020年将实现5-6倍增长，总体出货1500-2000万颗，2021年GaN器件的出货量有望达到5000万颗。预计2025年全球GaN快充市场规模将达到600多亿元，市场前景异常可观。

二、氮化镓快充的主要芯片

据了解，在氮化镓快充产品的设计中，主要需要用到三颗核心芯片，分别氮化镓控制器、氮化镓功率器件以及快充协议控制器。目前氮化镓功率器件以及快充协议芯片均已陆续实现了国产化；而相比之下，氮化镓控制芯片的研发就成了国产半导体厂商的薄弱的环节，氮化镓控制器主要依赖进口，主动权也一直掌握在进口品牌手中。

这主要是因为GaN功率器件驱动电压范围很窄，VGS对负压敏感，器件开启电压阈值（VGS-th）低1V~2V左右，极易受干扰而误开启。所以相较传统硅器件而言，驱动氮化镓的驱动器和控制器需要解决更多的技术难题。

此外，目前市面上除了少数内置驱动电路的GaN功率器件对外部驱动器要求较低之外，其他大多数GaN功率器件均需要借助外部驱动电路。

没有内置驱动电路而又要保证氮化镓器件可靠的工作并发挥出它的优异性能，除了需要对驱动电路的高速性能和驱动功耗做重点优化，还必须让驱动器精准稳定的输出驱动电压，保障器件正确关闭与开启，同时需要严格控制主回路上因开关产生的负压对GaN器件的影响。

三、全套国产芯片氮化镓快充问世

东莞市瑞亨电子 科技 有限公司近日成功量产了一款65W氮化镓快充充电器，除了1A1C双口以及折叠插脚等常规的配置外，这也是业界首款基于国产氮化镓控制芯片、国产氮化镓功率器件、以及国产快充协议芯片开发并正式量产的产品。三大核心芯片分别来自南芯半导体、英诺赛科和智融 科技 。

充电头网进一步了解到，瑞亨65W 1A1C氮化镓快充充电器内置的三颗核心芯片分别为南芯的主控芯片SC3021A、英诺赛科氮化镓功率器件INN650D02，以及智融二次降压+协议识别芯片SW3516H。

该充电器支持100-240V~ 50/60Hz输入和双口快充输出，配备最大输出65W的USB-C接口，以及最大30W输出的USB-A接口。

瑞亨65W 1A1C氮化镓快充整机尺寸约为53*53*28mm，功率密度可达0.83W/mm³，与苹果61W充电器修昂相比，体积约缩小了三分之一。

ChargerLAB POWER-Z KT001测得该充电器的USB-A口支持Apple2.4A、Samsung5V2A、QC3.0、QC2.0、AFC、FCP、SCP、PE等协议。

USB-C口支持Apple2.4A、Samsung5V2A、QC3.0、QC2.0、AFC、SCP、PE、PD3.0 PPS等协议。

PDO报文显示充电器的USB-C口支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A、3.3-11V 5A。

四、氮化镓快充三大核心芯片自主可控

南芯总部位于上海。南芯SC3021A满足各类高频QR快充需求，采用专有的GaN直驱设计，省去外置驱动器或者分立驱动器件；集成分段式供电模式，单绕组供电，无需复杂的供电电路；内置高压启动及交流输入Brown In/Out功能，集成了X-cap放电功能；SC3021A最高支持170KHz工作频率，适用于绕线式变压器，SC3021B最高支持260KHz工作频率，适用于平面变压器。

南芯SC3021A详细规格资料。

初级侧氮化镓开关管来自英诺赛科，型号INN650D02 ，耐压650V，导阻低至0.2Ω，符合JEDEC标准的工业应用要求，这是整个产品的核心元器件。INN650D02 “InnoGaN”开关管高频特性好，且导通电阻小，适合高频高效的开关电源应用，采用DFN8*8封装，具备超低热阻，散热性能好，适合高功率密度的开关电源应用。

英诺赛科总部在珠海，在珠海、苏州均有生产基地。据了解，INN650D02 “InnoGaN”开关管基于业界领先的8英寸生产加工工艺，是目前市面上最先量产的先进制程氮化镓功率器件，这项技术的大规模商用将推动氮化镓快充的快速普及。

目前，英诺赛科已经在苏州建成了全球最大的集研发、设计、外延生产、芯片制造、测试等于一体的第三代半导体全产业链研发生产平台，满产后将实现月产8英寸硅基氮化镓晶圆65000片，产品将为5G移动通信、数据中心、新能源 汽车 、无人驾驶、手机快充等战略新兴产业的自主创新发展提供核心电子元器件。

英诺赛科InnoGaN系列氮化镓芯片已经开始在消费类电源市场大批量出货，成功进入了努比亚、魅族、Lapo、MOMAX、ROCK、飞频等众多知名品牌快充供应链，并且均得到良好的市场反馈，成为全球GaN功率器件出货量最大的企业之一。

智融总部位于珠海。智融SW3516H是一款高集成度的多快充协议双口充电芯片，支持A+C口任意口快充输出，支持双口独立限流。其集成了 5A 高效率同步降压变换器，支持 PPS、PD、QC、AFC、FCP、SCP、PE、SFCP、低压直充等多种快充协议，CC/CV 模式，以及双口管理逻辑。外围只需少量的器件，即可组成完整的高性能多快充协议双口充电解决方案。

智融SW3516H详细规格资料。

五、行业意义

氮化镓快充三大核心芯片全面国产，一方面是在当前中美贸易摩擦的大背景下，避免关键技术被掐脖子；另一方面，国产半导体厂商可以充分发挥本土企业的优势，进一步降低氮化镓快充的成本，并推动高密度快充电源的普及。在未来的市场争夺战中，全国产的氮化镓快充方案也将成为颇具实力的选手。

相信在不久之后，氮化镓快充产品的价格将会逐渐平民化，以普通硅充电器的价格购买到全新氮化镓快充的愿景也将成为可能。

从小米推出的65W充电器到OPPO的“饼干”充电器，手机厂商们都力求在充电设备上实现品牌的差异化定位。充电器的充电效率、体积都成为对比过程中的重要参数。

而进一步考察上述两款充电器，就会发现其背后都有一家名为纳微半导体Navitas（以下简称纳微）的公司。

手机充电器仅为氮化镓芯片的应用场景之一。据公开信息显示，目前纳微半导体的产品在个人电脑、数据中心等领域均有商业应用，并正在向太阳能、电动 汽车 等领域拓展。

5月中旬，纳微曾宣布将与Live Oak Acquisition Corp. II合并，预计2021年第三季度末完成交割，届时纳微将通过SPAC方式在美国的全国性证券交易所上市。公开信息显示，合并后的实体预估值为14亿美元。

公告中，纳微表示此次上市预计将筹集约4亿美元的资金，主要用于加速产品开发以及在功率半导体领域内进行市场扩张，包括移动、消费、企业、可再生能源和电动 汽车 /电动交通等领域。

回顾半导体行业的发展 历史 ，新技术与新应用场景的变革总是会深刻影响着行业格局。

硅由双极型转变为MOSFET时（bipolar to MOSFET），催生出了很多新的电源设计公司，PC小型机与移动设备等新应用场景也促使英特尔、高通、英伟达等芯片公司得以飞速发展。

2017年，当时仍就职于安森美半导体的查莹杰接触到了纳微半导体的初创团队。在长达六个月的接触之后，查莹杰意识到氮化镓技术具备着为电力电子行业带来变革的可能性。当年12月，他选择离开就职12年之久的老东家加入纳微，负责其中国区业务。

要推动新技术由概念转变为生意并非易事。2014年，纳微半导体就曾推出世界首款氮化镓功率IC的原型demo，而实际上及至2018年，相关产品才实现了量产化。

谈及氮化镓芯片的发展历程，纳微半导体副总裁、中国区总经理查莹杰告诉界面新闻，2017年之前氮化镓芯片的应用场景集中在 汽车 、服务器电源等大功率场景。由于高可靠性的要求，这些场景中的新产品往往需要很长的开发和验证周期，因此氮化镓并未得到大批量的应用。

“纳微2018年锁定了以消费市场为突破口的市场战略。”据查莹杰透露，Anker、Aukey、倍思、泽宝等亚马逊电商，以及小米、OPPO、联想、LG、戴尔等手机电脑厂商都相继与纳微达成合作，并发布了多款基于纳微GaNFast IC的小型化充电器。

除应用场景之外，与硅器件相比，氮化镓器件的高成本同样是亟待解决的问题。界面新闻了解到，氮化镓器件的成本主要来自芯片外延的开发与生产、代工（fab process）以及封装三个环节。

为解决这一问题，纳微选择从封装与代工环节入手。目前，为了进一步实现氮化镓的高频特性，纳微使用了专有开发的PDK套件高频封装。在代工方面，由于采用fabless模式，纳微已与台积电等代工厂合作进行晶圆代工。查莹杰表示，未来将与合作伙伴一起进一步提升工艺良率、减小die（裸晶或裸片，是芯片的组成部分。由晶圆切割得来，封装后成为芯片）的面积，降低成本。

值得一提的是，由于纳微产品所使用的代工工艺为6寸工艺，因此受此次缺芯危机的影响较小。据了解，纳微的交货时间可维持在12周左右。

由于中国市场对于消费电子类产品需求旺盛，自2017年6月起，纳微便开始布局中国市场。目前纳微中国的研发人员数量已与海外团队持平，市场支持人员甚至已超过海外团队。

这被查莹杰视作纳微中国充分本土化的证明。与外商相比，本土团队往往被认为在客户服务方面有一定优势。而在查莹杰看来，选择赴美上市的纳微半导体并不存在这一问题。

“纳微中国的技术团队规模已接近并很快超过海外团队”，他强调，“在具备技术背景的同时，我们也具备本土化的野心与作战能力。”据他透露，目前，大中华区市场占到纳微总营收的近90%。未来随着对国际市场的拓展，这一比例可能会降至六至七成。

除消费电子之外，纳微也在针对新能源 汽车 、数据中心、5G基站建设、太阳能逆变等高能耗领域进行拓展。在查莹杰提供的计划时间表中，至2022年，纳微产品将会进入数据中心与服务器领域；2023年将进入太阳能逆变领域；2024年将进入新能源 汽车 领域并开始量产。

由于氮化镓应用生态仍处发展阶段，客户使用氮化镓器件进行产品设计的难度也相对较高，为解决这一问题，纳微在提供器件之余，也会有团队负责跟进客户后续的产品规格定制、设计、量产等环节，以确保客户使用体验。

这也从侧面反映出，氮化镓相关的行业生态尚未完善。查莹杰告诉界面新闻，与氮化镓配套的高频控制器、高频磁芯等设备仍存在缺位的情况。以磁器件为例，目前纳微的氮化镓器件已经能够达到10M以上的开关频率，但目前与之配套的磁器件频率最高值仅为400k至500k。

但另一方面，碳中和话题在国际 社会 上的不断升温对于纳微而言或许会是政策上的利好。与硅芯片相比，氮化镓芯片的二氧化碳排放量相对较少。据纳微统计，到2050年，如果50%以上的硅器件能够转成氮化镓器件，那么整个全球碳排放量可减少10%。

上市之后，产品开发与应用市场拓展会成为纳微的重点方向。而要搭上技术变革的时代浪潮成为新的明星半导体公司，降低氮化镓器件的成本、完善氮化镓的行业生态、拓展新的应用场景都会是纳微所必须要解决的难题。但这些绝非一蹴而就的事，氮化镓芯片的普及，或者说纳微的成长还需要时间。

晶圆是生产集成电路所用的载体。

晶圆（英语：Wafer)是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，是生产集成电路（integrated circuit，IC）所用的载体。而我们现实中比较常见到的硅晶片就要数电脑CPU和手机芯片。

在半导体行业，尤其是集成电路领域，晶圆的身影随处可见。晶圆就是一块薄薄的、圆形的高纯硅晶片，而在这种高纯硅晶片上可以加工制作出各种电路元件构，使之成为有特定电性功能的IC产品。

晶圆制造工艺：

表面清洗：晶圆表面附着大约2um的Al2O3和甘油混合液保护层，在制作前必须进行化学刻蚀和表面清洗。

初次氧化：由热氧化法生成SiO2缓冲层，用来减小后续中Si3N4对晶圆的应力氧化技术。

热CVD：此方法生产性高，梯状敷层性佳（不管多凹凸不平，深孔中的表面亦产生反应，及气体可到达表面而附着薄膜）等，故用途极广。

以上内容参考：百度百科-晶圆

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