新材料GAN专题报告-小米发布的GAN快充是什么?

类别:行业 机构:中信证券股份有限公司 研究员:许英博/敖翀/徐涛/袁健聪/李超/苗丰 日期:2020-02-16

小米2 月13 日新品发布会上推出明星产品65W GaN 充电器,引发市场对GaN 的关注。GaN 材料具备高功率、高频率、高导热等优势,所做充电芯片实现了输出大功率的同时保持充电器体积可控。目前市面上已有多家厂商布局GaN 快充,预计随着用户对便携性的需求提高,2025 年全球GaN 快充市场规模有望600 多亿元,同时加速GaN 芯片在其他新兴领域对Si 基产品的替代。

    小米发布性能强悍的65W GaN 充电器。2 月13 号的小米新品发布会上,除小米10、小米WIFI6 路由器等一系列电子产品外,小米还推出了一款体积非常小巧的充电器——小米GaN 充电器Type-C 65W。该款充电器采用GaN 充电芯片,最大充电功率为65W,充满配备4500 mAh 电池的小米10Pro 仅需45 分钟。超大充电功率和优秀的便携性使“GaN 快充”一时成为科技界瞩目的焦点。

    GaN 快充亮点:维持高速充电的同时体积控制优秀。充电器内部变压器和电容体积占比较大,同样功率下变压器和电容体积和电源频率成反比。传统Si 基芯片受限于频率的提升,很难进一步降低。GaN 芯片频率远高于Si,有效降低里内部变压器等原件体积,同时优秀的散热性能也使内部原件排布可以更加精密。

    最终完美解决了充电速率和便携性的矛盾。

    从性能和成本角度,GaN 未来有望成为主流快充技术。对比GaAs 和SiC 两种主要化合物半导体,我们认为GaAs 由于耐压水平不高,不适用于大功率应用。

    SiC 虽然性能理论上可以用作快充,但是由于生产难度极高,目前价格昂贵,限制了大规模的使用。GaN 快充芯片主要采用GaN-on-Si 技术,随着Si 晶圆加工和GaN 外延技术的不断进步,成本已经做到比较低。综合性能和成本两个方面,GaN 有望在未来成为消费电子领域快充器件的主流选择。

    预计2020 年全球GaN 快充市场规模为23 亿元,2025 年约638 亿元。目前市面上已有多家厂商布局GaN 快充,小米此次发布新品更是将65W 产品价格拉入150 元以下。我们预计随着用户对充电器通用性、便携性的需求提高,未来GaN 快充市场规模将快速上升,预计2020 年全球GaN 充电器市场规模为23亿元,2025 年将快速上升至638 亿元,5 年CAGR 高达94%。

    GaN 还可用于5G 基站、自动驾驶、军用雷达等众多功率和频率有较高要求的场合,未来市场规模有望快速增长。GaN 的功率性能、频率性能以及散热性能优秀,特别适合5G 通讯基站、军用雷达、功率电力电子等需要高输出功率和频率的场合。在此拉动下,未来GaN 功率器件和频率器件市场规模均高速增长。

    预计2022 年氮化镓衬底材料需求30 万片以上,对应市场规模达64 亿元。据Yole 统计2017 年全球氮化镓衬底市场需求约7.4 万片,在氮化镓射频和功率器件应用的拉动下,预计2022 年全球氮化镓衬底需求上升至32 万片,对应的氮化镓衬底的市场规模达到64 亿元,2017-2022 年CAGR 达34%