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U交所:芯片新事态:第三代半导体迎来新时机

约稿员 财经 2021-09-29 74 2

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经济考察报 记者 李靖恒 第三代半导体正在成为市场焦点。

6月中旬,第三代半导体产业手艺创新战略同盟(以下简称“同盟”)在最新宣布的《第三代半导体产业生长讲述2020》(以下简称“讲述”)中示意,以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体在新能源汽车、5G、光伏发电、快充等领域不停取得突破,2020年全球第三代半导体市场总体保持增进态势。

据其统计,由于5G基站、新能源、快充市场生长等缘故原由拉动,去年我国第三代半导体碳化硅、氮化镓电力电子和氮化镓微波射频市场总规模到达113亿元,较2019年增进85%。“然而,不停增进的市场规模并未对海内产业形成有用拉动,海内企业规模仍然较小,在新能源汽车、5G基站等要害市场跨越八成的海内市场份额主要被国际大厂占有。”同盟在讲述中指出。

有半导体产业链上市公司相关人士亦向记者示意,“第三代半导体人人都在研发当中,然则真正能够大规模量产的并不多,现在大部门的量都是入口外洋的产物。”

半导体演进

第一代半导体是以硅质料为主,普遍应用在手机、电脑等领域,好比电脑的和手机的处置器都接纳这种硅基的半导体手艺。第二代半导体以砷化镓、锑化铟为代表,主要是功率放大,用于卫星通讯、移动通讯、导航等领域。第三代半导体是以氮化镓、碳化硅为代表的化合物半导体,主要应用于光电子、电力电子和微波射频,好比手机快充、新能源车、轨道交通、5G基站、航空航天等等。

海内半导体生产企业华润微(688396.SH)相关人士在接受记者采访时示意,现在该公司也在结构第三代半导体,已经推出了碳化硅二极管样品。现在公司接纳IDM的模式,也就是说在半导体产业链上笼罩了设计、制造、封测等多个环节。

上述人士进一步先容称,相比前两代,第三代半导体的特点主要是宽禁带、性价比高。宽禁带意味着产物具有高击穿电场、高热导率、高迁徙率、高饱和电子速率、高电子密度、可遭受大功率等特点。因此第三半导体使用的局限和场景都更好一些。

另一家半导体企业三安光电(600703,股吧)(600703.SH)的相关人士则对记者示意,第三代半导体可以用于手机、车、基站等。现在三安光电在化合物半导体方面是海内最大的生产企业,涉及半导体衬底和外延的生产,主要做6英寸的产物生产。“有许多还处于研发状态,有些产物已经上市,好比三星的电视就用到了三安光电的部件。”

凭证三安光电在2020年度讲述中的先容,电力电子器件又称为功率器件,主要应用于变频、变压、变流、功率放大和功率治理等领域,险些用于所有的电子制造业,包罗盘算机、网络通讯、消费电子、汽车电子、工业控制等。

现在,第三代半导体功率器件生长偏向主要有碳化硅和氮化镓两大偏向,碳化硅和氮化镓品级三代半导体因禁带宽度和击穿电压高,在功率半导体领域有很大的应用潜力。碳化硅拥有更高的热导率和更成熟的手艺,氮化镓高电子迁徙率和饱和电子速率、成本更低的优点,两者的差异优势决议了应用局限上的差异。

蹊径与模式

氮化镓集中在600V以下领域,主要应用于快充、电源开关、激光雷达、服务器电源等市场;碳化硅用于1200V以上领域,主要应用于电动汽车、PFC电源、储能、充电桩、轨道交通、智能电网等领域。

同盟在《讲述》中则进一步剖析称,预计三到五年内,碳化硅功率器件将成为新能源汽车中电机驱动器系统主流的手艺方案,这将给全球碳化硅功率器件产业带来伟大生长时机。丰田、民众、本田、宝马、奥迪等汽车企业都将碳化硅功率器件作为未来新能源汽车电机驱动系统的首选解决方案。

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外洋多家企业同时也最先推动氮化镓在新能源汽车领域的应用,多家企业都推出了车规级商业化产物。与硅手艺相比,氮化镓芯片具有以下优势:开关速率最大提高4倍、降低电压电流交织消耗、功率密度最高增添40%。但海内氮化镓功率半导体研发及应用起步相对较晚,尚未在新能源汽车领域取得实质希望。

凭证同盟的预计,海内碳化硅汽车市场将以30.6%的复合年增进率增进,2020年市场规模15.8亿元,到2025年将跨越45亿元。折算成晶圆,海内2020年新能源汽车市场6英寸碳化硅晶圆需求量跨越4万片,预计到2025年需求量将增进到近30万片。国际2020年新能源汽车市场6英寸碳化硅晶圆需求量跨越5万片,到2025年需求量跨越60万片。

另外,氮化镓电力电子器件在快充市场也生长迅速。充电头网的数据显示,去年有10家手机厂商推出了18款氮化镓快充,华为、小米、OPPO、遐想、魅族、努比亚等主流厂商均位列其中,而小米、遐想、OPPO、Realme、三星等品牌已经将氮化镓快充作为手机的标配。氮化镓电力电子器件具有高开关频率、高能量密度和高能量转换效率的特点,能够使氮化镓PD快充实现更高功率、更小体积和更高转换效率。随着氮化镓手艺的刷新升级,性能及成本优势加持下,氮化镓未来有望成为主流快充手艺。

而且,快充手艺从手机出发,已经逐步笼罩到了平板电脑、条记本电脑、显示器、新能源汽车、电动工具、IoT装备等七大市场。除了手机厂商之外,笔电厂商也已陆续进入氮化镓快充市场,遐想、戴尔、LG等品牌均基于氮化镓功率器件推出了高效的大功率快充配件,而新产物相较于传统的条记本适配器体积大大缩小,一台65W以上容量的快充,可知足条记本、手机和平板电脑的充电需求。同盟以为,氮化镓快充将在未来几年迎来生长的巅峰,市场容量十分可观。

CASAResearch的数据显示,去年海内PD快充氮化镓电力电子器件市场规模约1.5亿元,预计到2025年市场规模将跨越40亿元,年均复合增进率97%;去年全球PD快充氮化镓电力电子器件市场规模跨越3亿元,预计到2025年市场规模到达80多亿元,年均复合增进率90%。折算到上游晶圆需求来看,海内去年PD快充市场6英寸氮化镓晶圆需求量为1.7万片,到2025年需求量约为67.4万片;国际去年PD快充市场6英寸氮化镓晶圆需求量为3.7万片,到2025年需求量将跨越120万片。

在微波射频方面,据CASARe-search统计,去年海内氮化镓微波射频器件市场规模为66.1亿元,较上年同比增57.2%。思量到5G基站建设是影响氮化镓微波射频器件市场规模转变的主要因素,预计2022年我国5G基站建设将到达岑岭,动员海内氮化镓微波射频器件市场规模迅速扩张。而且,纵然在2023年以后我国5G基站建设规模将有所回落,但毫米波基站将有望始大规模部署,成为拉动市场的主要气力,动员海内氮化镓微波射频器件市场规模成倍数增进。

凭证同盟的剖析,去年我国5G宏基站氮化镓射频功率放大器市场规模73亿元,到2022年市场规模靠近100亿元,复合增进率到达17.5%。2023年毫米波基站将最先部署,预计射频功率放大器市场规模将有5-10倍的增进需求。整体来看,5G宏基站、微基站及毫米波基站带来的氮化镓射频功率放大器市场规模将跨越1000亿元。折算成晶圆来看,若毫米波基站最先部署,其4英寸氮化镓晶圆总需求量约为200-400万片。

然而,现在全球射频器件市场由住友电工、Cree|Wolfspeed和Qorvo三家企业占有,其中住友电工为华为主要供应商。海内在毫米波领域处于空缺,没有相关器件供应商。

差距仍大

只管现在海内第三代半导体在规模和手艺方面生长迅速,但和国际上的主要公司相比仍然有不小差距。

上述华润微人士向记者示意:“这个第三代半导体人人都在研发当中,然则真正能够大规模量产的并不多,现在大部门的量都是入口外洋的产物。”

三安光电的内部人士也告诉记者,现在公司大部门的产物照样传统的LED芯片产物,现在第三代半导体产物总体占比不大,不外产物的结构也在逐步转变,占比在逐渐增添。

来自同盟的数据显示,去年我国第三代半导体产业电力电子和射频电子总产值跨越100亿元,较2019年增进69.5%。其中,碳化硅、氮化镓电力电子产值规模达44.7亿元,同比增进54%,衬底质料约2.2亿元,外延及芯片约5亿元,器件及模组约7.2亿元,装置约30亿元,相较前几年,中下游的增进速率加速。而氮化镓微波射频产值到达60.8亿元,同比增进80.3%。其中,衬底约6.5亿元,外延及芯片9.2亿元,器件及模组19.6亿元,装置约25.5亿元。

而凭证CASAResearch的不完全统计,住手2020年底,海内有跨越170家从事第三代半导体电力电子和微波射频的企业(2018年这个数字尚不足100家),笼罩了从上游质料的制备(衬底、外延)、中游器件设计、制造、封测到下游的应用,基本形成完整的产业链结构。

在此同时,传统半导体企业依托资金、手艺、渠道以及商业模式的优势,正在起劲结构第三代半导体。好比去年有17家半导体企业陆续上岸科创板,其中有5家企业设计结构第三代半导体。

固然,现在国产替换的历程也在加速,以华为为代表的应用企业调整供应链,使得海内企业获得了试用、改善的时机,国产器件逐渐导入终端产物供应链。海内第三代半导体企业捉住生长时机,自动与下游应用企业开展互助,推动国产器件的快速应用。

凭证同盟提供的信息,海内碳化硅商业化衬底以4英寸为主,逐步向6英寸过渡,微管密度、衬底可用面积、位错等手艺参数都有所提高。在研发方面,现在已经实现了高质量6英寸碳化硅衬底质料的制备,但“海内碳化硅衬底单晶质量与外洋差距显著,存在单晶性能一致性差、制品率低、成本高等问题,国产高性能衬底自给率仍然较低,占全球的市场份额不到5%。”

此外,同盟以为,现在产业链各环节产能虽然在不停增进,但供应仍然不足。去年新能源汽车、PD快充、5G等下游应用市场增进超预期,但海内现有产物商业化供应无法知足市场需求,尤其是碳化硅电力电子和氮化镓射频存在较大缺口。这也导致我国第三代半导体各环节国产化率较低,跨越八成的产物依赖入口。“整体来看,我国第三代半导体供应链的自主保障能力获得增强,但海内企业的市场竞争力较国际巨头仍有差距。与国际企业相比,我国第三代半导体产业规模仍然较小,企业优势不显著。现在各细分应用市场的焦点器件均由 Cree|Wolfspeed、ROHM、Infi-neon等外洋企业占有,国产产物市占率不足10%。”“(尤其)值得注重的是,大尺寸产线对质料手艺和生产手艺的要求更高,与国际相比,海内大尺寸晶圆制造手艺尚未完全成熟,成本高昂、良率较低。企业要凭证自身情形,综合思量手艺、成本、生产效率等多方面因素,选取最优的工艺蹊径。”同盟示意。

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