什么是GaN充電器
Soomal 于 2020.09.14 08:38:11 | 源自:soomal.com | 版權:原創 | 平均/總評分:09.78/225

從網上的傳言來看,今年新推出的iPhone 12系列將全線取消標配充電器,連5福1安也不附贈,可算被掃進歷史的垃圾堆了。那么對于不明真相的果粉消費者來說,買新機后就著得打開京東淘寶拼多多,面對可怕的第三方廠商的附件耗材市場了。而關于充電器這個話題,今年的GaN可是怎么也繞不開的熱門談資。最近GaN充電器在網上已經越來越時髦,那么這GaN好處都有啥,它是怎么突然火起來的?

什么是GaN

  • 制造商=PENTAX;型號=PENTAX K100D;焦距=80毫米;等效焦距=120毫米;光圈=F5.6;測光模式=中央平均;感光度=ISO800;白平衡=自動;對比度=標準;飽和度=標準;銳度=標準;曝光補償=0.5EV;曝光時間=1/3000秒;曝光程式=光圈優先;場景類型=標準;日期=2006.02.21 05:15:55
  • GaN中文名叫氮化鎵,有中學化學知識的網友應該也能按著名字瞎猜出是一種無機化合物。不少人把半導體晶片戲稱為沙子點金術,就是因為半導體的主要材料二氧化硅就同時是日常沙子的主要成分,當然,沙子只是制備半導體硅片材料的一部分,蝕刻、離子注入等還需要各類金屬和化合物,所以成品的硅晶片集成電路看起來就是透著玻璃五彩斑斕的顏色。

  • 而GaN是一種新興的無機半導體材料,而且同樣也是半透明的晶體。在物理和電學特性方面,GaN頻寬更高、導熱率更高,在高溫下工作更穩定,而且更耐擊穿,是一種理想的半導體材料。

    GaN的優點

    在網上經常有一種說法,就是將氮化鎵稱為“第三代材料”,仿佛在GaN出現后,硅晶片就成了過氣的歷史垃圾而應該被淘汰掉。但事實上GaN列為第三代材料原本只是限定在半導體功率器件上這個很小的區間上,只是自媒體轉發時把關鍵字刪得太多而容易導致曲解。

  • GaN功率器件最直接的優點就是同樣的工作條件下,可以做得更小。根據Qorvo的資料,GaN的功率密度可達到2.8W/mm2,相比第一代硅鎘片的尺寸減少了82%,功率密度達到4倍。GaN的充電器經常被網友們稱為“口紅”,一個不大的長條狀充電頭就能輸出高達65W的功率,大一倍的iQOO 5 Pro充電頭就能直接輸出120W了。如果沒有GaN,類似性能的常規充電器塊頭要大不少,而且很容易因為發熱導致工作不穩定或者燒壞。

    除了功率器件外,GaN的另一個重要應用是光電轉換器件。從1990起,GaN就經常用在發光二極管上,此后日本又在90年代中期使用GaN技術搞出了成熟的LED燈,LED作為光源時效率同樣極高,亮度能耗比優于白熾燈和節能燈管,非常省電和耐用,被中國企業成功白菜化后,已經是目前最流行的光源了。

    雖然前面列舉了GaN的優點,但也不是完美的,GaN的高頻工作性能差,也沒有進入納米級精度,是沒法變成某YES的CPU或者某核彈廠顯示卡晶片的這些工作頻率很高的花活。另一個原因是在現實世界中鎵相對硅更稀有,沙子可以到處挖,但鎵只能在鋁和鋅礦石副產品里面找。而且制備GaN的工藝條件要求也比硅片復雜一些,這些要素加起來,GaN成本自然也要高不少。雖然更先進,但在復雜的大規模功率器件集成電路應用[例如高鐵和變頻空調的IGBT器件]中,傳統的硅、鎘和“第二代材料”砷化鎵[GaAs]以及GaN都有使用,甚至有三種材料同時使用的情況。

    GaN充電器的普及

  • 既然GaN的研究和生產起步時間這么早,LED燈泡滿街都是,而且優點多多,那為何沒早日用在充電頭上呢?這當然是因為GaN晶體生產成本太高,Analog Devices的幾十瓦GaN的IC器件售價達到500美元,腦子正常一點的也肯定會把這么貴的器件用在更重要的領域而非手機充電頭上。比如5G基站上所使用的訊號放大器件、軍用的雷達和干擾器等,就引入了GaN技術。

  • 至于這兩年GaN充電器的大規模普及,這里要介紹一個之前文章中介紹過的國內企業:珠海的英諾賽科,這家企業實現了GaN從設計到流片的國產自主化,當然國產化并不是幾百美元的晶片突然變成白菜化的原因,因為這沒法改變GaN比沙子還是貴得多的現實,英諾賽科的創新之處在于掌握了將GaN晶體與相對廉價的硅板結合,也就是硅基氮化鎵的合成工藝,硅基GaN雖然在物理特性上沒有純GaN那么優秀,但用在小功率的電源和充電頭上已經綽綽有余。除了英諾賽科外,納微半導體、TI等不少半導體企業也都有硅基GaN的設計和生產能力,一加和OPPO共用的SuperVOOC技術所使用的就是納微半導體的GaN方案。

    英諾賽科不僅有自己的8英寸硅基GaN生產線,還提供了從晶片到成品一站式全套方案,市場上這才出現大量大同小異的貼牌貨。可以預見GaN充電頭進入價格戰時代也在所難免了,只要消費者購買時注意避免假冒偽劣產品,自然也會成為新材料技術大規模市場化應用的受益者。

    GaN的優勢是功率密度大而且發熱低,就意味著不僅65W、120W的中高功率充電頭的小型化。對于只有手機、iPad和NS掌機的新人類用戶,45W以下的充電頭也可以做得更小巧輕薄便攜,對于經常旅行和出差的消費者來說也是極好的,一些低功耗數位裝置,比如路由器、移動硬碟等12V裝置也可以通過單插座實現多裝置供電,拯救插線板空間。當然,我們也會尋找新科技和傳統結合,比如找機會驗證一下GaN電源的音質是不是更HiFi等Soomal讀者更喜聞樂見的測試項目。

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