工程用太阳能灯？资源蜂拥第三代半导体：新能源“拱火”，“直道超车”下时机风险并存

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资源蜂拥第三代半导体：新能源“拱火”，“直道超车”下时机风险并存

2022-12-14    

   作者：倪雨晴  

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　　“现在越来越多的企业在结构第三代半导体公司，购置相关装备都对照主要。”克日，一家led供应链人士示意。

　　只管装备抢手和供应链欠缺大环境有关，然则第三代半导体(也称宽禁带半导体)市场的火热可见一斑。在日前集邦咨询化合物半导体新应用前瞻剖析会上，集邦咨询化合物半导体剖析师龚瑞骄示意：“据我们统计，去年整个宽禁带半导体(功率和射频部门)的投资规模到达了709亿，比上一年翻了一倍多。”

　　同时，第三代半导体应用需求也在增进，随着碳化硅(SiC)进入新能源汽车产业链、氮化镓(GaN)在快充上的规模化应用，第三代半导体逐步进入消费端和工业端，在功率半导体领域崭露头角。

　　值得一提的是，碳中和相关政策正连续对第三代半导体生长带来东风，由于碳化硅和氮化镓都有助于提升能效，企业的投入意愿也在增强。12月8日，国家发改委等四部门印发的新方案提出，到2025年，数据中央和5G基本形成绿色集约的一体化运行名目。凭证天风证券的测算，若全球接纳硅芯片器件的数据中央都升级为氮化镓功率芯片器件，将削减30%-40%的能源虚耗。而氮化镓现在已经在5G基站中使用，而且不少企业正在结构数据中央的氮化镓电源产物。

　　眼下，第三代半导体正迎来黄金生长期，但同时也需要注重，产业仍处在低级阶段，整体规模较小，众多企业涌入，更要关注现实的市场需求。

　　海内探索“直道超车”? 未来5年进入整合期

　　从产业链看，第三代半导体主要有衬底、外延、设计、制造、封测、应用等环节，现在外洋的半导体公司仍占有焦点职位，而面临确定的市场远景，海内的企业也蜂拥而至。

　　其中，LED产业集群是一支主要气力，由于在照明、显示等光电器件中，原本就需要使用氮化镓等质料，以是三安光电、华灿光电等企业已经具备质料和工艺的基础、以及相关生产的履历，这是他们的优势。固然光电器件和功率IC之间的工艺差异显著，IC手艺难度升级，产线拓展也存在着挑战。

　　对于氮化镓的结构，华灿光电副总裁王江波向21世纪经济报道记者示意：“2022年华灿光电召募约3亿元投向GaN电力电子器件领域。电子电力器件与公司深耕的光电领域应用市场有所差异，但质料系统相似，工艺制备方面有一定相通之处，电力电子器件产物工艺段更为庞大，线宽控制和装备的要求更高。现在6英寸硅基GaN 电力电子器件工艺已通线，预计2022年推出650V cascode产物，2023年具备批量生产和代工能力。”

　　在未来的产物设计上，王江波示意，华灿光电不仅仅针对快充领域，也会晤向数据中央，电动汽车、通讯等领域结构。

　　对于华灿光电而言，切入第三代半导体一方面是产业的横向拓展，另一方面也相符公司探索高端化的蹊径;再看三安光电，疆土加倍完善，除了氮化镓产线，今年长沙的碳化硅全产业链生产线一期投产。

　　LED之外，拥有功率半导体履历的企业们也在加速结构，好比闻泰科技，在氮化镓功率器件领域一再落子并出货，旗下安世半导体也和汽车企业举行互助。海内功率半导体龙头华润微起劲结构第三代半导体，已有碳化硅产物量产，也研发了氮化镓器件。制造领域，以北方华创、中微为代表的装备厂商也迎来第三代半导体的增量市场。

　　同时，诸多专注于做第三代半导体的海内公司也在发展中，好比氮化镓功率芯片领域迅速增进的英诺赛科;碳化硅领域的基本半导体、天科合达、天岳先进、同光晶体等等，而且聚焦在衬底环节的企业尤其多。

　　和外洋相比，海内企业仍存在差距，龚瑞骄称：“第一个是碳化硅的衬底，外洋现在是6英寸转8英寸，海内现在是4英寸转6英寸，有很大差距;另一个外洋商用碳化硅使用了MOS管，而海内还在使用二极管。”

　　有业内人士指出，碳化硅在中国100多个项目，险些没有做车规级的，由于行业门槛很高，车规级和工业级、消费级相比，做可靠性实验的时间完全纷歧样，不是一个数目级，其示意：“消费级只需要几十小时，工业级要几百小时，而车规级要几千小时，由于坐上车，最主要的是平安，一个车厂要接纳一个车规级的器件没有三五年是不行的。虽然海内的汽车厂也有跟一些企业互助，然则要耐久互助，海内的车厂接纳的车规级的入口的器件、芯片都存在供应主要的问题。现在海内车厂的国产化有伟大的空间，我们首先要和外洋的车规级芯片、器件首先做到一致水平，在此基础上再去生长新的创新。”

　　在近年的科技博弈中，海内对半导体产业关注空前，第三代半导体也被视为弯道超车的一个偏向，对此，上述业内人士谈道：“其着实弯道的时刻跑快了容易摔跤，准确的做法是在直线的时刻超车。现在海内是各处的游击队，要直线超车就要打造军团，外洋也是这么一个历程，有了资源的支持，可以把这些游击队整合起来，去实现直线超车。以是未来5年，我展望是一个整合的历程。”

华灿光电落实总投资3亿元的先进半导体研究院项目

　　碳化硅整合 氮化镓起步

　　虽然相比硅市场，第三代半导体的市场份额还很小，现在主要聚焦在功率半导体等领域，然则增进空间伟大。

　　龚瑞骄谈道，受益于新能源革命，下游的光伏、储能、新能源汽车以及工业自动化的发作，功率半导体行业迎来了新的高景气周期，“整个功率半导体、分立器件和模块的市场规模将从2022年的204亿美金增进到2025年的274亿美金，宽禁带半导体的市场规模将从2022年的不到5%到达2025年的靠近17%。”

　　第三代半导体质料现在产业化主要集中在碳化硅和氮化镓两个偏向，其中碳化硅应用已有十多年，产业化加倍成熟。

　　“我们展望全球的SiC功率市场规模将从2022年的6.8亿美元增进到2025年的33.9亿美元，其中新能源汽车将成为最主要的驱动力，SiC将在主逆变器、OBC、DCDC中取得主要的应用，另外在车外的充电桩和光伏储能领域有很大的应用。在这两年光伏储能领域SiC会有加速的渗透，固然它和汽车市场照样远远不能比。”龚瑞骄剖析道。

　　在全球碳化硅市场上，科锐、意法半导体、英飞凌、罗姆等一线厂商连续加码，并进入到产业链一体化竞争的历程中。龚瑞骄谈道：“英飞凌、罗姆等等厂商都在向上游延伸，涉及到质料领域，稀奇是对SiC衬底的争取。主要是基于以下两点缘故原由，第一是由于SiC衬底的高产物附加值，第二是由于SiC衬底的手艺制程异常庞大，它的晶体生长异常缓慢，也成为SiC晶圆产能的要害制约点。未来我们以为取得一个SiC衬底的资源也会成为进入下一代电动车功率器件的入场门票。”

　　再看近年来兴起的氮化镓市场，基于快充市场而崛起，这个赛道上既有纳微半导体等新兴企业，也有PI等老牌公司。龚瑞骄示意：“GaN的市场还处于一个初期阶段，现在在消费市场快速起量，苹果今年推出了140瓦的GaN快充，我们也以为GaN确实需要从消费电子做一个过渡，频频验证它的可靠性，然后确立一个产能和生态的名目，利便以后推向工业级以及车规级。另外GaN整个市场规模将会从2022年的4800万美元增进到2025年的13.2亿美元。除了消费电子，我们以为它会有很大应用的产物是新能源汽车、电信以及数据中央。”

　　在他看来，随着集成度的提升，氮化镓照样IDM和垂直分工并存。IDM中，除了英诺赛科等少少数的初创企业，都是以传统大厂为主;在垂直分工领域基本上都是初创企业，也成为行业要害的推动力。

　　不难看出，近5年内，第三代半导体规模将迎来数倍的扩张，这也体现在装备需求的增进上。装备龙头AIXTRON(爱思强)副总司理方子文示意：“不少客户在起劲扩产，整体来看，市场上第三代半导体等质料明确增进，其中氮化钾、碳化硅，另有磷化铟三种质料增进最为显著。”

　　此外，方子文还谈道，由于受到全球产业链欠缺的影响，现在相关装备的交付周期从6个月延伸至8-9个月左右，然则装备厂商整体产能足够。

　　成本、良率、需求的多重挑战

　　碳化硅有了十多年的应用生长，相比氮化镓更为成熟，在和硅的竞争中，由于器件自己的特征，碳化硅替换的工艺更利便，相对而言氮化镓难度更大。然则就在近两三年，氮化镓在快充这一赛道获得了验证，650伏快充这一消费级市场起来后，产业迅速最先规模化，而岂论良率提升照样成本下降都需要规模化来举行正循环。

　　由于硅工艺已经异常成熟，在单个芯片成本上具有优势，据领会，碳化硅或氮化镓的单个器件可以高达硅的4倍。“从汽车来说，单个的成本可能高到两倍左右，然则(碳化硅)降低了系统性成本，好比应用到汽车上可以减轻汽车相关组件的体积，提高效率，进而就可以缩小电池成本，以是从整车系统看，成本照样下降的。”龚瑞骄举例道。

　　然则对于第三代半导体企业而言，依然面临成本的挑战，产业链的各个环节也在想方想法降本增效、提升良率，多位从业者向21世纪经济报道记者示意，随着量产推进，成本将会快速下降。

　　其中，装备商饰演着主要角色，“产业生长起来，最要害的就是要节约成本，(碳化硅领域)今天相比竞争对手，爱思强有10%到15%的成本优势，我们预计在2023年还可以继续下降25%左右的成本，”方子文谈道，“在氮化镓领域，我们的生产成本到2023年会连续下降20%到30%左右，我们的产能也会提升20%到30%左右。”

　　这又和自动化产线息息相关，众所周知硅芯片产线自动化水平已经异常高，产线上人力要素削减，可以整年无休运转，第三代半导体也将履历这一进化历程。方子文回首道：“8年前就有客户示意，氮化镓质料异常好，然则没法用，由于那时产线还处在手事情坊的做法。以是他们对我们提出了装备自动化的要求，这样才气和现有的器件在工艺流程上举行竞争。于是我们很早期的时刻就举行了氮化镓装备的研发，之后快充市场发作，市场崛起。”

　　导入全自动化的生产模式后，第三代半导体能以更低的成本进入市场，在方子文看来，第三代半导体SiC和GaN是一个异常大的市场，在和硅直接做竞争，这需要产业链上下游的配合，从Performance、到放量、终端客户验证都需要很好的配合，才气让SiC、GaN最终走量，进入产业化的历程。

　　在不少业内人士看来，第三代半导体在手艺层面并没有太大瓶颈，海内外的实验室能够举行手艺攻关，然则最要害的在于量产，这就涉及到团队的生产履历、人才组成等因素。

　　生产之外，第三代半导体企业还面临着盈利、需求的磨练，有产业链人士向记者示意：“功率器件生意很难做，有时甚至要倒贴。好比在不少商务条约中，若是泛起产物赔偿的问题，功率器件企业还需要赔偿客户损失的利润，而非器件自己的成本，因此前端遭受的风险较大，一些投资机构最先会优先选择封装环节企业来降低风险。”

　　因此，多位半导体资深人士也谈道，对于新晋企业，一定要紧贴市场需求，不能只是投资驱动生长，更需要明确出海口，举行差异化的产业竞争。

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