近日,,功率半導(dǎo)體龍頭廠商英飛凌宣布,將投資超20億歐元在馬來西亞居林工廠建造第三個(gè)廠區(qū),,以大幅增加產(chǎn)能,,新廠區(qū)主要涉及外延工藝和晶圓切割等關(guān)鍵工藝,將于6月開始施工,,預(yù)計(jì)第一批晶圓將于2024年下半年下線,。
英飛凌此前透露,其2022財(cái)年的投資將大幅提升至24億歐元,。如今超八成資金被用在了第三代半導(dǎo)體投資上,。未來,英飛凌還將持續(xù)為其第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)注資,,將把奧地利菲拉赫的6英寸,、8英寸硅基半導(dǎo)體生產(chǎn)線改造為第三代半導(dǎo)體生產(chǎn)線,這意味著英飛凌正集中火力向第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的縱深處進(jìn)發(fā),。
長期以來,硅始終是集成電路芯片制造最廣泛的原材料,,然而在5G走向成熟落地,、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)持續(xù)增加、汽車產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型加速的趨勢下,,受材料本身特性的限制,,硅基半導(dǎo)體逐漸無法滿足日益提高的市場需求。
在這種情況下,,以碳化硅(SiC),、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料逐漸嶄露頭角,,憑借其高頻、高效,、高功率,、耐高壓、耐高溫,、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能,,展現(xiàn)巨大的市場前景,正成為全球半導(dǎo)體市場爭奪的焦點(diǎn),,國內(nèi)外第三代半導(dǎo)體技術(shù),、產(chǎn)品、市場,、投資均呈現(xiàn)較高增長態(tài)勢,。
據(jù)TrendForce預(yù)測,2025年全球SiC功率器件市場規(guī)模將達(dá)到33.9億美元,,GaN功率器件市場規(guī)模也將達(dá)8.5億美元,。
2020-2025年全球SiC功率市場規(guī)模(單位:億美元)
圖源:TrendForce
行業(yè)廠商大幅擴(kuò)產(chǎn)
之所以敢于不斷加碼第三代半導(dǎo)體,源自英飛凌對(duì)行業(yè)的高度看好,。除了英飛凌之外,,業(yè)界還有很多企業(yè)都在加大對(duì)第三代半導(dǎo)體的投資力度。
以SiC為例,,安森美半導(dǎo)體表示今年要將SiC產(chǎn)能擴(kuò)充4倍,,2022財(cái)年第一季度,安森美預(yù)計(jì)資本支出約為1.5-1.7億美元,,主要用于擴(kuò)產(chǎn)12英寸硅產(chǎn)線產(chǎn)能,。去年10月,安森美以約26.87億人民幣正式收購SiC襯底廠商GTAT,。據(jù)安森美此前說法,,2022年和2023年的SiC資本支出預(yù)計(jì)將占總收入的12%左右。
意法半導(dǎo)體2021年的資本支出達(dá)到約21億美元,,其中14億美元將投入全球產(chǎn)能擴(kuò)建,,同時(shí)也在繼續(xù)投資供應(yīng)鏈的垂直化整合,計(jì)劃到2024年將SiC晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍,,SiC營收將達(dá)到10億美元,。
羅姆也立下了SiC的增長目標(biāo)。2021年5月,,羅姆提出要搶占全球30% SiC市場的目標(biāo),。為了滿足日益擴(kuò)大的SiC產(chǎn)品需求,羅姆相繼加大投資力度,在日本阿波羅筑后和宮崎新工廠將于2022年投入運(yùn)營,,計(jì)劃器件產(chǎn)能提高5倍以上,。此外,羅姆還將把在馬來西亞的半導(dǎo)體工廠產(chǎn)能擴(kuò)大到1.5倍,,計(jì)劃到2023年8月建成,。除了馬來西亞工廠新廠房開工建設(shè)和日本筑后工廠的SiC新廠房正式運(yùn)轉(zhuǎn)之外,2022年羅姆還將繼續(xù)對(duì)前工程和后工程進(jìn)行積極投資,。
近日,,韓國SK Siltron第三次對(duì)SiC業(yè)務(wù)進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn),預(yù)計(jì)到2024年將投資近10億元,,負(fù)責(zé)后段工藝的生產(chǎn),,計(jì)劃于今年下半年開始量產(chǎn)。一旦該廠的擴(kuò)建和良率穩(wěn)定下來,,SK Siltron的SiC生產(chǎn)規(guī)模將較去年大幅擴(kuò)大,。這是SK Siltron第三個(gè)擴(kuò)產(chǎn)動(dòng)作,之前還在美國和韓國擴(kuò)充SiC產(chǎn)能,。SK Siltron近期表示將在未來5年內(nèi),,在美國將投資約38.42億人民幣,以擴(kuò)大美國SiC晶圓生產(chǎn)規(guī)模,。
最近幾個(gè)月,,還有TRinno、Scenic等多家韓國企業(yè)也在建線,,涉及SiC襯底,、外延和器件等環(huán)節(jié)。此外,,行業(yè)公司包括鴻海,、環(huán)球晶、漢磊科技等都在進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn),、收并購,、產(chǎn)業(yè)鏈上下游整合等一系列舉措。
從上述眾多的擴(kuò)產(chǎn)和加大投資等事件來看,,整個(gè)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在釋放出國際企業(yè)大力完善第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)布局,,強(qiáng)化競爭優(yōu)勢以搶奪日漸增長的市場份額的信號(hào)。
頭部SiC企業(yè)規(guī)劃在未來幾年投入巨資,,擴(kuò)充產(chǎn)能,,進(jìn)一步支持和推動(dòng)客戶業(yè)務(wù)和市場發(fā)展。根據(jù)SEMI的預(yù)估,,全球功率暨第三代半導(dǎo)體的投資額,將在2021年成長20%至70億美元,2022年將持續(xù)創(chuàng)新高至85億美元,,2017-2022年復(fù)合成長率高達(dá)15%,。
資本市場以及行業(yè)廠商大幅擴(kuò)產(chǎn)的背后,也反映著第三代半導(dǎo)體市場需求正在被快速打開,。
2018年,,特斯拉在Model 3上采用了650V SiC MOSFET,逆變器效率提升了5%-8%,,電動(dòng)車的續(xù)航顯著提升,,此舉讓SiC成為了全球車企的關(guān)注焦點(diǎn)。
如今,,汽車領(lǐng)域的SiC應(yīng)用正處于關(guān)鍵市場窗口期,。
一方面車規(guī)SiC市場來的很快很猛很集中,隨著特斯拉和比亞迪等車企的示范效應(yīng),,新能源旗艦車型也逐步由600V平臺(tái)向800V平臺(tái)切換,,近幾年成為各家車廠的爆款車型應(yīng)用SiC的市場窗口期;
另一方面,,如果說五年內(nèi)是硅抽身讓出來給SiC公司肆意狂奔的相對(duì)弱競爭市場,,還是Si和SiC之間的競爭,那么五年后新進(jìn)入者要面對(duì)的可能便是SiC和SiC的競爭,。根據(jù)Yole的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示,,預(yù)計(jì)2025年汽車領(lǐng)域的SiC銷售額占比約達(dá)到61%。
另外,,SiC在光伏,、軌道交通等領(lǐng)域均有巨大應(yīng)用前景。
光伏發(fā)電系統(tǒng)中,,硅基逆變器成本占系統(tǒng)的10%,,但卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源。使用SiCMOSFET功率模塊的光伏逆變器,,轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上,,能量損耗降低50%以上,設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍,,從而縮小系統(tǒng)體積,、增加功率密度、延長器件使用壽命,、降低生產(chǎn)成本,。
軌道交通車輛中大量應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件,其牽引變流器,、輔助變流器,、主輔一體變流器,、電力電子變壓器、電源充電機(jī)都有使用SiC器件的需求,。SiC器件的應(yīng)用可以提高裝置效率,,提升系統(tǒng)整體效能。
目前,,SiC器件并不像其他芯片那樣缺貨,,但是上下游企業(yè)紛紛開始綁定產(chǎn)能,以應(yīng)對(duì)未來的市場爆發(fā),。
SiC襯底方面,,據(jù)意法半導(dǎo)體透露,目前其已經(jīng)鎖定了Wolfspeed超過60%的SiC襯底供應(yīng),,而GTAT又被安森美并購了,,國際優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應(yīng)更為緊張。SiC外延產(chǎn)能的爭奪也很激烈,,以昭和電工為例,,2021年5月-9月,英飛凌,、羅姆和東芝三家企業(yè)都跟昭和電工綁定多年協(xié)議,,去年12月日本電裝也搶了一部分產(chǎn)能。
國內(nèi)市場,,東莞天域跟露笑科技簽訂了15萬片SiC襯底的戰(zhàn)略合作,。此外,還與II-VI公司達(dá)成了6英寸導(dǎo)電型SiC襯底戰(zhàn)略合作,,行業(yè)人士認(rèn)為這也是在鎖定襯底產(chǎn)能,。
不過,國產(chǎn)SiC離“上車”還有一段距離,。由于車規(guī)級(jí)SiC產(chǎn)品的缺陷控制要求非常高,,目前國內(nèi)SiC模塊產(chǎn)業(yè)鏈還不完備,現(xiàn)階段都是采用進(jìn)口SiC技術(shù),,這類產(chǎn)品主要集中在英飛凌,、羅姆和Wolfspeed等國際頭部廠商手中,國內(nèi)產(chǎn)品占比相對(duì)較少,。
國內(nèi)廠商如何破局,?
全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭市場顯現(xiàn)出美日歐三足鼎立格局。以SiC市場為例,,美國在SiC 領(lǐng)域全球獨(dú)大,,美國Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ,、Transphorm,、道康寧等行業(yè)巨頭占據(jù)了全球70 %以上的市場份額,;歐洲擁有英飛凌、意法半導(dǎo)體,、IQE,、Siltronic等代表公司,以構(gòu)建從襯底到外延,、器件以及應(yīng)用的完整SiC全產(chǎn)業(yè)鏈;日本的羅姆半導(dǎo)體,、三菱電機(jī),、富士電機(jī)、松下,、瑞薩電子,、住友電氣等則是在終端設(shè)備和功率模塊開發(fā)方面占據(jù)領(lǐng)先地位。
從布局趨勢來看,,跨國企業(yè)紛紛加快布局速度,,持續(xù)提升技術(shù)水平。SiC襯底和外延方面,,部分器件企業(yè)選擇延伸切入該領(lǐng)域,,以增強(qiáng)整體服務(wù)能力。技術(shù)進(jìn)展方面,,6英寸SiC襯底產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用化,,8英寸是未來發(fā)展方向,幾大主流廠商均推出8英寸襯底樣品,,預(yù)計(jì)5年內(nèi)8英寸將全面商用,。SiC外延6英寸產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用化,已經(jīng)研制出8英寸產(chǎn)品,,可滿足中低壓,、高壓、超高壓功率器件制備要求,。
反觀國內(nèi)市場,,國內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步較晚,但已形成一定基礎(chǔ),,目前正高速發(fā)展,。據(jù)CASA Research不完全統(tǒng)計(jì),截至2020年底,,國內(nèi)有超過170家從事第三代半導(dǎo)體電力電子和微波射頻的企業(yè),,而2018年尚不足100家,覆蓋了從上游材料的制備(襯底,、外延),、中游器件設(shè)計(jì),、制造、封測到下游的應(yīng)用,,基本形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu),。
如SiC襯底制造商天科合達(dá)、山東天岳,、露笑科技等,;SiC外延片生產(chǎn)企業(yè)東莞天域、瀚天天成,、英諾賽科,、晶湛半導(dǎo)體、聚能晶源等,;負(fù)責(zé)器件設(shè)計(jì)的企業(yè)有深圳基本半導(dǎo)體,、瞻芯電子、蘇州鍇威特,、陸芯科技等,。而以IDM模式生產(chǎn)器件和模塊的企業(yè)有比亞迪半導(dǎo)體、泰科天潤,、瑞能半導(dǎo)體,、士蘭微、揚(yáng)杰科技,、匯川技術(shù),、中國中車等多家企業(yè),以及與Wolfspeed,、羅姆類似的全流程布局的有三安光電等,。
國內(nèi)企業(yè)在SiC襯底方面以4英寸為主,同時(shí)山東天岳,、天科合達(dá),、河北同光、中科節(jié)能,、露笑科技等廠商已完成6英寸襯底的研發(fā),;中電科裝備已成功研制出6英寸半絕緣襯底,在SiC單晶襯底技術(shù)上形成自主技術(shù)體系,。從市場現(xiàn)狀來看,,在SiC這條賽道上,國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過幾年深入耕耘,,正在積極進(jìn)入一些關(guān)鍵產(chǎn)品的供應(yīng)鏈,,但目前與國外還存在一定差距。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,,除了LED發(fā)光和射頻,,SiC的技術(shù)難點(diǎn)主要在于襯底缺陷的控制,。當(dāng)前低缺陷密度的襯底材料主要是歐美及日本廠商生產(chǎn),國內(nèi)想要突破還需要相當(dāng)長的一段時(shí)間,。同時(shí)SiC材料工藝控制難度高,、產(chǎn)品批次性波動(dòng)大導(dǎo)致良率偏低以及主要材料供應(yīng)被壟斷,甚至推導(dǎo)到市場價(jià)格一直居高不下,,目前只限定在部分應(yīng)用市場,。
另一邊,GaN領(lǐng)域,,目前全球有超過30家企業(yè)從事GaN半導(dǎo)體的研發(fā),,其中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的企業(yè)僅有10家左右。GaN 器件產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)依次為:GaN襯底→GaN外延→器件設(shè)計(jì)→器件制造,。目前產(chǎn)業(yè)以IDM企業(yè)為主,但是設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)已經(jīng)開始出現(xiàn)分工,,其中,,住友電工在GaN襯底領(lǐng)域一家獨(dú)大,市場份額超過90%,;外延片龍頭包括IQE,、COMAT等;GaN制造環(huán)節(jié)代表性企業(yè)包括穩(wěn)懋,、富士通和臺(tái)積電,,大陸方面以三安光電為代表,有成熟的GaN制程代工服務(wù),。
GaN器件產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)主要企業(yè)
從應(yīng)用端來看,,GaN功率元件主要應(yīng)用于消費(fèi)性產(chǎn)品,消費(fèi)電子(60%),、新能源車(20%),、通訊及數(shù)據(jù)中心(15%)為前三大應(yīng)用領(lǐng)域。其中消費(fèi)電子成為GaN 最主要應(yīng)用市場,,2020年以來,,受到小米、OPPO,、華為等手機(jī)廠商的熱捧,。GaN在消費(fèi)電子領(lǐng)域迅速起量的同時(shí),其應(yīng)用范圍也在持續(xù)擴(kuò)展,,正向新基建所涉及的5G,、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等領(lǐng)域滲透,。
中國的GaN發(fā)展雖然起步晚,,但在政策不斷支持下 GaN 相關(guān)產(chǎn)業(yè)也在迅速地發(fā)展,。目前可以小批量生產(chǎn)2英寸襯底,具備4英寸襯底生產(chǎn)的能力,,開發(fā)出了6英寸樣品,,并在建多個(gè)與第三代半導(dǎo)體相關(guān)的研發(fā)中試平臺(tái)。
總體上看,,國際龍頭企業(yè)正在大力完善產(chǎn)業(yè)布局,,強(qiáng)化競爭優(yōu)勢,沿產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸趨勢日益明顯,,全產(chǎn)業(yè)鏈布局進(jìn)一步提升了其競爭優(yōu)勢,。在這種形勢下,國內(nèi)企業(yè)如何破局是需要思考和面對(duì)的問題,。
中國第三代半導(dǎo)體興起的時(shí)間較短,,回顧國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程,2013年,,科技部863計(jì)劃首次將第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)列為國戰(zhàn)戰(zhàn)略發(fā)展產(chǎn)業(yè),。2016年為第三代半導(dǎo)體發(fā)展元年,國務(wù)院國家新產(chǎn)業(yè)發(fā)展小組將第三半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)列為發(fā)展重點(diǎn),,國內(nèi)企業(yè)擴(kuò)大第三半導(dǎo)體研發(fā)項(xiàng)目投資,,行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。
2018年,,中車時(shí)代電氣國內(nèi)第一條6 英寸SiC生產(chǎn)線和泰科天潤國內(nèi)第一條SiC器件生產(chǎn)線相繼建成,;2019年9月,三安集成建成國內(nèi)第一條6英寸GaN,、砷化鎵(GaAs)外延芯片產(chǎn)線并投入量產(chǎn),;在2020年7月,華潤微宣布國內(nèi)首條6英寸商用SiC晶圓生產(chǎn)線正式量產(chǎn),;同年9月,,第三代半導(dǎo)體寫入“十四五”規(guī)劃,行業(yè)被推向風(fēng)口,。
當(dāng)前,,在全球第三代半導(dǎo)體競爭趨于白熱化的情況下,為了滿足市場需求,,搶灘市場份額,,國內(nèi)半導(dǎo)體公司紛紛加大資本投入,積極布局SiC,、GaN為主的第三代半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè),。
近一年來,國產(chǎn)半導(dǎo)體企業(yè)不斷跑馬圈地、投資擴(kuò)產(chǎn),,持續(xù)完善第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈,。
去年4月,賽微電子宣布投資10億元建設(shè)6至8英寸硅基GaN功率器件半導(dǎo)體制造工廠,,二期建成投產(chǎn)后月產(chǎn)能將達(dá)到1.2萬片晶圓,;
隨后,三安光電也宣布其湖南半導(dǎo)體基地一期開始投產(chǎn),,全面建成達(dá)產(chǎn)后6英寸SiC晶圓月產(chǎn)能可達(dá)3萬片,,將成為國內(nèi)首條SiC垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈;
11月,,露笑科技發(fā)布《2021年度非公開發(fā)行A股股票預(yù)案》,,擬募資29.4億元用于投資生產(chǎn)6英寸SiC襯底和建設(shè)大尺寸SiC襯底研發(fā)中心,建成后將形成年產(chǎn)24萬片6英寸導(dǎo)電型SiC襯底片的生產(chǎn)能力,,而研發(fā)中心項(xiàng)目投資額為5億元,,重點(diǎn)推進(jìn)8英寸SiC襯底片的技術(shù)研發(fā)工作;
2021年底,,中科鋼研集團(tuán)高純SiC粉項(xiàng)目于山東菏澤開工,,投資額超過10億元;
今年初,,國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化基地也正式開工建設(shè),總統(tǒng)投資超18億元,。據(jù)悉,,該項(xiàng)目建成后將加速推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈集聚發(fā)展,支撐關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)和成果轉(zhuǎn)化,;
安世半導(dǎo)體也通過收購英國晶圓廠Newport Wafer Fab提升了在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品領(lǐng)域的IDM能力,,2022年安世半導(dǎo)體的SiC、GaN等產(chǎn)品都將逐步量產(chǎn),。
除了上述企業(yè)的投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,,還有以晶盛機(jī)電、斯達(dá)半導(dǎo)體為代表的企業(yè),,通過定增募資的方式擴(kuò)大SiC業(yè)務(wù)布局,。華潤微、納微科技,、中國電科46所等多家企業(yè)也陸續(xù)傳出新技術(shù)研發(fā),、新產(chǎn)品投放市場的消息。
拋開如火如荼的擴(kuò)產(chǎn)投資,,第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局逐漸迎來空前重構(gòu)和變化,,產(chǎn)業(yè)鏈布局正在加速。面對(duì)差距以及行業(yè)巨頭的大舉進(jìn)攻,,本土芯片供應(yīng)商應(yīng)該以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng),,更加注重推動(dòng)第三代半導(dǎo)體功率器件的研發(fā)和應(yīng)用,,同時(shí)聚焦下游市場,通過綁定家電龍頭,,聯(lián)手新能源汽車企業(yè),,加速科研成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)應(yīng)用落地。
寫在最后
無論是從技術(shù)還是到應(yīng)用,,第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍處于“起跑階段”,,創(chuàng)造的產(chǎn)值相較于第一代半導(dǎo)體仍難以比擬。
然而,,當(dāng)科技的演進(jìn)帶動(dòng)時(shí)代的基調(diào),,朝著高效能、綠能零碳的大方向走,,未來我們除了需要持續(xù)仰仗硅芯片的運(yùn)算力之外,,也需要GaN及SiC等第三代半導(dǎo)體材料在能源與通訊兩大領(lǐng)域做出突破性進(jìn)展。
有觀點(diǎn)認(rèn)為,,第三代半導(dǎo)體是支撐下一代移動(dòng)通信,、新能源汽車、能源互聯(lián)網(wǎng),、國防軍工等產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展的重要技術(shù),,也是我們產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和關(guān)鍵材料、關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)步的核心器件,,是中國最有機(jī)會(huì)突破技術(shù)封鎖,,形成戰(zhàn)略優(yōu)勢的領(lǐng)域之一。
近年來,,受惠于國家的支持和國產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)的不懈努力,,國產(chǎn)第三代半導(dǎo)體正在以不可思議的速度高速成長。在第三代半導(dǎo)體方面,,國內(nèi)外差距沒有一,、二代半導(dǎo)體明顯。
科技部原副部長曹健林曾在第三代半導(dǎo)體論壇上表示:“我們面臨著歷史性的機(jī)遇與挑戰(zhàn),,中國發(fā)展第三代半導(dǎo)體已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)和積累,,一是產(chǎn)業(yè)鏈比較完整,具備技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同的基礎(chǔ),,二是國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和裝備巨頭在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域還沒有形成專利,、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模的壟斷,國內(nèi)企業(yè)還有機(jī)會(huì)趕上,?!?/p>
只是如今,在國際大廠相繼大舉投資擴(kuò)產(chǎn),“All in”第三代半導(dǎo)體市場背后,,不清楚國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的機(jī)會(huì)還有多大,,時(shí)間窗口還有多少。