文章來源: 全球半導(dǎo)體觀察
本文作者: 韋思維
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當(dāng)下,,在全球半導(dǎo)體行業(yè)的逆流中,第三代半導(dǎo)體正閃爍著獨(dú)特的光芒,,作為其代表物的碳化硅和氮化鎵順勢成為耀眼的存在,。在此賽道上,各方紛紛加大馬力,,堅(jiān)定下注,,一部關(guān)于第三代半導(dǎo)體的爭奪劇集已經(jīng)開始上演。
三代半方興未艾
產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長期
近日,,科學(xué)技術(shù)部黨組成員,、副部長相里斌在2023中關(guān)村論壇上表示,2022年在全球疫情和需求端疲軟等多重因素影響下,,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入下行周期,。但在新能源汽車、光伏,、儲能等需求帶動(dòng)下,,國際第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增長超預(yù)期,整個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長期,。
目前,,以碳化硅(SiC),、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體,憑借高頻,、高效,、耐高壓、耐高溫,、抗輻射等優(yōu)越的性能脫穎而出,,在移動(dòng)通信、新能源汽車,、高速列車,、智能電網(wǎng)、新型顯示,、通信傳感等領(lǐng)域過得風(fēng)生水起,,并逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化加速放量階段。
碳化硅功率器件具備耐高壓,、低損耗和高頻三大優(yōu)勢,,可以滿足高溫、高壓,、大功率等條件下的應(yīng)用需求,,靈活應(yīng)用于新能源汽車、光伏,、工控等領(lǐng)域,,其中,受益新能源汽車的持續(xù)放量,,碳化硅功率器件市場正在快速增長,;氮化鎵器件具備高開關(guān)頻率,、耐高溫,、低損耗等優(yōu)勢,可以用于制作功率,、射頻,、光電器件,廣泛應(yīng)用于5G基站,、消費(fèi)電子,、新能源車、國防,、通信等領(lǐng)域,。
據(jù)TrendForce集邦咨詢研究統(tǒng)計(jì),第三代半導(dǎo)體包括SiC與GaN,,整體產(chǎn)值又以SiC占80%為重,。SiC適合高壓,、大電流的應(yīng)用場景,能進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車與再生能源設(shè)備系統(tǒng)效率,。隨著安森美(onsemi),、英飛凌(Infineon)等與汽車、能源業(yè)者合作項(xiàng)目明朗化,,將推動(dòng)2023年整體SiC功率元件市場產(chǎn)值達(dá)22.8億美元,,年成長41.4%。
展望未來,,TrendForce集邦咨詢預(yù)期,,至2026年SiC功率元件市場規(guī)模可望達(dá)53.3億美元,。主流應(yīng)用仍倚重電動(dòng)汽車及再生能源,,電動(dòng)汽車產(chǎn)值可達(dá)39.8億美元、CAGR約38%,;再生能源達(dá)4.1億美元,、CAGR約19%。
而在碳化硅猛進(jìn)增長的同時(shí),,長期發(fā)力于消費(fèi)電子領(lǐng)域的氮化鎵,,也已經(jīng)開始向汽車、工業(yè)及數(shù)據(jù)通訊等領(lǐng)域邁進(jìn),,其下游應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)張,。針對氮化鎵未來市場前景,業(yè)界人士認(rèn)為,,到2026年,,氮化鎵將擁有每年130億美元的市場機(jī)會(huì)。
賽道絡(luò)繹不絕
誰在厲兵秣馬,?
新能源帶動(dòng),,碳化硅產(chǎn)能需求大增
驅(qū)使碳化硅增長的最大功臣當(dāng)屬近年來快速發(fā)展的新能源汽車。碳化硅功率器件被廣泛應(yīng)用于新能源汽車中的主驅(qū)逆變器,、DC/DC轉(zhuǎn)換器,、充電系統(tǒng)中的車載充電機(jī)和充電樁等,光伏,、風(fēng)電等領(lǐng)域,。
在新能源汽車應(yīng)用線上,車廠為了保障后方供應(yīng)穩(wěn)定,,與功率半導(dǎo)體大廠簽訂長期供應(yīng)協(xié)議,,而源源不斷的訂單簽約正預(yù)示著市場強(qiáng)勁的需求,大廠們紛紛開始啟動(dòng)擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,,以滿足產(chǎn)能需要,。
今年來,,英飛凌(Infineon)、Wolfspeed,、安森美(onsemi),、意法半導(dǎo)體(ST)等大廠的布局動(dòng)作仍然頻繁。
前端合作上,,英飛凌與Resonac(前身為昭和電工)擴(kuò)簽碳化硅供應(yīng)協(xié)議,,初期側(cè)重6英寸、后期將側(cè)重8英寸材料,;與鴻海簽訂了一份合作備忘錄,,聚焦于SiC技術(shù)在電動(dòng)汽車高功率應(yīng)用的使用,并計(jì)劃設(shè)立車用系統(tǒng)應(yīng)用中心,;通過與Schweizer Electronic合作,,進(jìn)一步提升碳化硅(SiC)芯片的效率;并與天岳先進(jìn)/天科合達(dá)簽訂供貨協(xié)議,,天岳先進(jìn)將為英飛凌供應(yīng)碳化硅襯底和晶棒,,天科合達(dá)則將為英飛凌供應(yīng)碳化硅晶圓和晶錠。
安森美已陸續(xù)與極氪,、大眾汽車,、寶馬等車廠簽署供貨協(xié)議,提供SiC功率器件產(chǎn)品,;并與動(dòng)力總成電氣化供應(yīng)商緯湃科技簽訂一項(xiàng)價(jià)值19億美元(約17.5億歐元)的碳化硅產(chǎn)品10年期供應(yīng)協(xié)議,;與電動(dòng)汽車(EV)充電解決方案供應(yīng)商Kempower達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議,將為后者提供EliteSiC MOSFET和二極管,,用于可擴(kuò)展的EV充電樁,。
意法半導(dǎo)體與歐陸通聯(lián)手合作,將在后者子公司上海安世博及杭州云電科技兩地分別設(shè)立針對數(shù)字電源應(yīng)用的聯(lián)合開發(fā)實(shí)驗(yàn)室,,瞄準(zhǔn)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域,;與德國汽車Tier-1廠商采埃孚(ZF)共同簽訂了車用碳化硅多年采購合同,ZF將自2025年起向ST采購數(shù)千萬顆第三代SiC MOSFET器件,,滿足汽車逆變器對車規(guī)級SiC器件在量和質(zhì)上的需求,。
而在與意法半導(dǎo)體達(dá)成合作之前,,采埃孚剛與Wolfspeed達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系,,雙方計(jì)劃在德國建立聯(lián)合研發(fā)中心,并且投資了Wolfspeed,,為后者的SiC器件工廠建設(shè)提供支持,。而Wolfspeed與梅賽德斯-奔馳達(dá)成合作,將為梅賽德斯-奔馳供應(yīng)碳化硅器件,。為了滿足此項(xiàng)大單的需要,,Wolfspeed將供應(yīng)梅賽德斯-奔馳的碳化硅器件選擇在位于美國北卡羅來納州達(dá)勒姆和紐約州莫霍克谷新建成的200mm工廠制造,。而莫霍克谷工廠是目前全球最大的碳化硅制造工廠。
后端產(chǎn)能上,,韓國首家擁有SiC全產(chǎn)業(yè)鏈的廠商SK集團(tuán)旗下SK powertech位于釜山的新工廠結(jié)束試運(yùn)行,,將正式量產(chǎn)碳化硅,產(chǎn)能將擴(kuò)大近3倍,;第三代半導(dǎo)體龍頭Wolfspeed計(jì)劃在德國薩爾州建設(shè)世界上最大,、最先進(jìn)的碳化硅器件制造工廠,以支持對各種汽車,、工業(yè)和能源應(yīng)用不斷增長的需求,;意法半導(dǎo)體也透露今年預(yù)計(jì)投入40億美金,用于擴(kuò)產(chǎn)12英寸晶圓廠及擴(kuò)大SiC制造能力,;三菱電機(jī)將在五年內(nèi)將之前宣布的投資計(jì)劃翻倍,,達(dá)到約2600億日元,主要用于建設(shè)新的晶圓廠,,以增加碳化硅(SiC)功率半導(dǎo)體的生產(chǎn),。
安森美半導(dǎo)體考慮投資20億美元擴(kuò)產(chǎn)碳化硅芯片,據(jù)外媒引述安森美高管當(dāng)時(shí)表示,,公司正考慮在美國,、捷克共和國或韓國進(jìn)行擴(kuò)張,他們的目標(biāo)是到2027年占據(jù)碳化硅汽車芯片市場40%的份額,。
氮化鎵后來居上之勢將顯,?
移動(dòng)充電、數(shù)據(jù)中心電源,、住宅太陽能逆變器和電動(dòng)汽車車載充電器等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)夹g(shù)的采用正處于轉(zhuǎn)折點(diǎn),,這將導(dǎo)致GaN市場的動(dòng)態(tài)增長?!拔磥鞧aN的全球使用量將會(huì)大大超過SiC,,并且在多個(gè)領(lǐng)域取代SiC的應(yīng)用,尤其是到了2030年,?!庇w凌表示看好氮化鎵的發(fā)展。
近日,,歐洲確立了一項(xiàng)高達(dá)6000萬歐元(約合人民幣4.55億元)的氮化鎵(GaN)科研項(xiàng)目,,旨在建立從功率芯片到模塊的完整供應(yīng)能力。而英飛凌正是其牽頭人,,另有其余45家合作伙伴參與其中,。
作為第三代半導(dǎo)體的長期耕耘者,英飛凌此前在碳化硅的布局更甚于氮化鎵,,但今年3月初,,英飛凌宣布收購GaN功率半導(dǎo)體廠商GaN Systems,,火力開始分向氮化鎵,這項(xiàng)交易總值8.3億美元(約57.3億人民幣),。通過GaN Systems的收購,,英飛凌同時(shí)擁有了硅、碳化硅和氮化鎵三種主要的功率半導(dǎo)體技術(shù),。業(yè)界機(jī)構(gòu)表示,,英飛凌此舉體現(xiàn)出GaN在汽車、數(shù)據(jù)中心,、工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域的未來發(fā)展前景及預(yù)示著氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈競爭或?qū)⑦M(jìn)入整合階段,。
瑞典公司SweGaN也在布局氮化鎵產(chǎn)能。該公司正在瑞典林雪平的創(chuàng)新材料集群建設(shè)一個(gè)新總部,,包括一個(gè)大規(guī)模的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施,。項(xiàng)目計(jì)劃于今年第二季度末完成,將部署創(chuàng)新制造工藝,,以大批量生產(chǎn)下一代GaN-on-SiC工程外延晶圓,,預(yù)計(jì)年產(chǎn)能將高達(dá)4萬片4/6英寸外延片。
納微半導(dǎo)體披露已出貨超7500萬顆高壓氮化鎵功率器件和超900萬顆碳化硅功率器件,。目前其氮化鎵器件正在開發(fā)并用于千瓦級的車載充電器(OBC)和DC-DC轉(zhuǎn)換器,。
同時(shí),賽微電子,、英諾賽科,、三安光電等國內(nèi)企業(yè)正馬不停蹄地加速布局氮化鎵和推進(jìn)產(chǎn)品落地和商用。
賽微電子子公司微芯科技以自有資金450萬元投資璞晶科技,,后者主要從事硅基電源芯片,、功率器件及SiC器件業(yè)務(wù)。賽微電子表示,,公司將持續(xù)布局GaN產(chǎn)業(yè)鏈,,以參股方式建設(shè)GaN芯片制造產(chǎn)線,積極推動(dòng)技術(shù),、工藝,、產(chǎn)品積累,以滿足下一代功率與微波電子芯片對于大尺寸,、高質(zhì)量,、高一致性、高可靠性GaN外延材料以及GaN芯片的需求,。
今年第一季度,,英諾賽科的氮化鎵芯片出貨量突破了5000萬顆(累計(jì)超1.5億顆),,銷售額達(dá)1.5億,,是去年同期的4倍,。依靠8英寸硅基氮化鎵IDM全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢,英諾賽科40V/100V/150V低壓平臺已實(shí)現(xiàn)全面升級,,40雙向?qū)óa(chǎn)品,、100V半橋驅(qū)動(dòng)合封產(chǎn)品等多系列產(chǎn)品相繼發(fā)布。英諾賽科是全球唯一一家8英寸硅基氮化鎵IDM廠商,,當(dāng)前產(chǎn)能可達(dá)到每月10000片,。據(jù)悉,英諾賽科氮化鎵已被國內(nèi)頭部車企率先用于車載激光雷達(dá)產(chǎn)品上,,已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),。
國內(nèi)產(chǎn)能加速轉(zhuǎn)動(dòng)
促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)
近年來,迫切掌握核心關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)自主可控已成為大家奮斗的共識,。隨著國際間產(chǎn)業(yè)競爭加劇,,第三代半導(dǎo)體成為加速國產(chǎn)替代化的關(guān)鍵一環(huán),國家“十四五”研發(fā)計(jì)劃明確表示將大力支持第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,。
第三代半導(dǎo)體是支撐多個(gè)產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級的重點(diǎn)核心材料和電子元器件,,包括新一代移動(dòng)通信、新能源汽車,、高速軌道列車,、能源互聯(lián)網(wǎng)等。業(yè)內(nèi)表示,,國內(nèi)在半導(dǎo)體領(lǐng)域需求龐大,,市場潛力充足,可以通過技術(shù)迭代以及產(chǎn)能擴(kuò)張,,在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域形成優(yōu)勢,。
自第三代半導(dǎo)體被重點(diǎn)關(guān)注以來,有關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的項(xiàng)目遍地開花,。據(jù)全球半導(dǎo)體觀察不完全統(tǒng)計(jì),,今年有關(guān)第三代半導(dǎo)體(SiC/GaN)的項(xiàng)近30個(gè),項(xiàng)目接連完成簽約,、開工,、投產(chǎn)等環(huán)節(jié),涵蓋東科半導(dǎo)體,、中國電科,、天科合達(dá)、天域半導(dǎo)體,、揚(yáng)杰科技,、基本半導(dǎo)體等企業(yè)。
在已披露投資金額的項(xiàng)目中,投資額最高的項(xiàng)目是廣東天域半導(dǎo)體股份有限公司總部,、生產(chǎn)制造中心和研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目,,投資額為80億元,其次分別是投資額為44億元的廣東光大第三代半導(dǎo)體科研制造中心1區(qū)(松山湖)項(xiàng)目,,以及超過30億元的中國電科射頻集成電路產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,。項(xiàng)目更多細(xì)節(jié)如下圖:
△全球半導(dǎo)體觀察根據(jù)公開信息不完全統(tǒng)計(jì)
結(jié)語
如今,碳化硅正高速發(fā)展,,氮化鎵正加速追上,,第三代半導(dǎo)體賽道上熱鬧非凡,上述廠商的共同目標(biāo)無非是想要在市場上占據(jù)一席之地,,無論采取的是稍顯激進(jìn)的方式還是保穩(wěn)的步伐,,都將助力第三代半導(dǎo)體在半導(dǎo)體下行周期中逆流而上。
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