[原创] 氮化镓代工将成为新赛场

2020-02-29
17:29:34
来源: Sophie



近日,意法半导体宣布与台积电携手合作,加快氮化镓(GaN)工艺技术的开发以及氮化镓分立和集成器件的供货。通过此次合作,意法半导体创新的战略性氮化镓产品将采用台积电的氮化镓制造工艺。




我们都知道意法半导体也有自己的氮化镓生产线,但根据意法半导体近期推出的消息来看,他们似乎正在向代工厂靠拢。


这是否在暗示着,氮化镓代工将会成为代工厂之间新的竞争点。


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GaN器件需求升温










自去年以来,市场中关于氮化镓的消息也越来越多,先是三星、华为接连投资与氮化镓相关的企业,后又有小米氮化镓充电器的出现,这些消息都助推氮化镓产业链的发展。


根据天风证券的统计显示,目前,GaN功率器件的市场份额在各应用领域占比比较平衡,其中,电源供给方面的器件增长最快,预计到2022年会占有一半以上份额。


2019-2022年整个市场的复合增长率高达91%。


自前不久小米推出氮化镓充电器后,氮化镓市场的竞争也拉开了帷幕。




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具体来看,这些致力于氮化镓发展的企业,可分为IDM企业和Fabless企业。


目前,氮化镓器件的供应商主要以国外企业为主。


这些企业多以IDM模式为主,主要的代表有Cree、意法半导体、英飞凌、安森美、罗姆、东芝等。


国内方面,致力于氮化镓的IDM企业包括了士兰微、苏州能讯、华微电子、英诺赛科等企业。



在新材料面前,也一部分老牌大厂也逐渐将部分制造、封测环节外包,转向Fab-Lite(轻晶圆厂)模式。


这些IDM企业有这样的变化,也许是因为他们相关氮化镓的生产线还有待完善,而此时氮化镓产品已经开始出现在市场当中。


为了抢占市场先机,或许是他们与代工厂合作的推动力之一。


基于此,或许是氮化镓技术比较成熟、并已经有合作企业有意向下单,但其生产线还不完善的企业,更有可能会选择与代工厂进行合作。


而对于自身产能就能满足订单要求的厂商,或将暂时不需要与代工厂进行合作。


但根据之前老牌企业的一贯方式——IDM为主,代工厂为辅的模式来看,老牌IDM企业更有可能推动代工厂的氮化镓代工业务。



其中,意法半导体就曾在2018年9月展示了其在功率氮化镓方面的研发进展,并宣布他们将建设一条完全合格的生产线,包括硅基氮化镓异质外延,该条生产线将于2020年在法国的前端晶圆厂进行投产。


同时,在他们2019年Q4的财报会议中,意法半导体也曾表示,他们在2020年投资约15亿美元,以支持意法半导体的战略计划和收入增长,从而实现120亿美元的中期收入目标。


在这其中就包括大约4亿美元的战略计划投资,将用于意法半导体新的300毫米晶圆厂。


据悉,这将支持他们在氮化镓电力技术的研发和射频器件氮化镓生产的提高,(除此以外,这4亿美元的投资还能支持他们在BCD、IGBT和其他电力技术方面的增长,以及对碳化硅的投资)。



2014年英飞凌收购美国国际整流器公司(IR),扩充产品组合(SiC和GaN的强强联合)。


此举不仅扩大了他们在美国的影响力,也强化在亚洲市场上的地位。


2016年英飞凌收购Wolfspeed,获得硅基氮化镓射频器件,在诸如5G和新能源汽车等高新技术领域具有领先技术。


英飞凌于2018年底开始量产CoolGaN 400V和600V增强型HEMT,但英飞凌拥有比较完善的氮化镓生产线。



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(英飞凌CoolGaN制造的价值链)





对于这些IDM厂商来说,他们之前的生产线是以硅为基础的,从硅转变到硅基氮化镓的生产上来,这两者在技术上存在着一定的共通性,在氮化镓前景一片大好的情况下,IDM企业也转移到了氮化镓的发展当中。


但他们仍然还要面临着巨大的开支以及技术积累,所以,也为代工厂发展氮化镓业务带来了机会。



除了IDM厂商能够带给代工厂订单外,还有存在着一些非常强劲的Fabless企业,也在代工厂发展氮化镓代工业务中也起到了非常大的推动作用。


这些Fabless包括Dialog、GaN Systems、Navitas等企业,他们往往会选择富士通半导体、


台积电


、X-Fab 等代工厂达成合作协议。


举例来说,小米的氮化镓充电器就采用了Navitas的产品,Navitas作为一家Fabless企业,他们的氮化镓产品则由代工厂进行生产。



此外,成立于2008年的GaN Systems,也是专注于设计、研发和销售氮化镓功率开关半导体器件的企业,其关键技术是Island技术。


他们很早以前就与台积电进行了合作,据相关报道显示,2015年GaN Systems就曾宣布增加在台积电投产之产品,并希望透过提升十倍的投产量,来因应全球消费者与企业对氮化镓需求暴增的情形。


与台积电在氮化镓上有合作的,还有Dialog,Dialog所推出的650V硅基氮化镓电源IC产品,DA8801也是由台积电代工的。



而类似于Dialog、GaN Systems、Navitas这样的氮化镓Fabless企业并不在少数,他们的存在对于代工厂来说,无疑是一块巨大的蛋糕。



在IDM和Fabless企业的共同驱动下,在未来一段时间内,氮化镓代工或许会成为一个新的竞速点。


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代工厂踊跃进场










氮化镓半导体器件主要可分为GaN-on-Si(硅基氮化镓)、GaN-on-SiC(碳化硅基氮化镓),GaN-on-sapphire(蓝宝石基氮化镓)等几种种晶圆。


其中,GaN-on- sapphire主要应用在LED市场,但也有一些厂商也在尝试在半导体领域使用GaN-on- sapphire,例如PI,PI的氮化镓技术源于其对LED的积累,所以,当半导体产业刮起氮化镓热潮时,PI选择了用GaN-on- sapphire来打入市场,OPPO在其去年的氮化镓充电器中选用了PI的方案。


在GaN-on-Si、GaN-on-SiC之间,由于硅基氮化镓性价比较高,也使得硅基氮化镓成为了目前半导体市场主流,但也有些市场人士认为,GaN-on-SiC在未来还大有可为,所以各个代工厂也选择了不同的路线。



从上文中,我们不难发现,很多氮化镓厂商已经开始与台积电进行了合作,而台积电所进行的氮化镓代工业务也多是目前主流的GaN-on-Si。


而一直将台积电视为其竞争对手的三星,近年来也在氮化镓领域上进行了投资。


据韩媒《KoreaBusiness》报导指出,为了填补本身在晶圆代工上的劣势,三星已经开始培育韩国国内半导体产业的新创公司,并且联合韩国政府开始投资韩国国内在半导体材料及设备上的新创公司。


其中就包括三星投资部门的80亿韩元投资的IVworks,据悉,IVworks韩国第一家开发8英寸GaN-on-Si外延片和4英寸GaN-on-SiC外延片的晶圆代工厂。



在GaN-on-Si方面,世界先进也可提供GaN-on-Si的代工业务。


据去年相关报道显示,世界先进在氮化镓材料上已进行了4年的投资,但是,由于氮化镓属于新材料,其效能、可靠度等,均需要长时间验证,当时其氮化镓晶圆量产时间仍无法确定,量产时间最大变量在于材料开发的难度,预计2020年公司对氮化镓产品将进行小量样品送样。



X-Fab可提供GaN的基础代工业务。


X-Fab的总部设在德国爱尔福特,主要代工生产模拟和混合信号集成电路,以及高压应用的GaN和SiC解决方案。


2017年,X-Fab曾与Exagan合作在200mm晶圆上制造GaN-on-Si。



而稳懋则主打GaN-on-SiC领域瞄准5G基站。


另外,环宇也拥有4吋GaN-on-SiC高功率PA 产能,且其6吋GaN-on-SiC 晶圆代工产能已通过认证。


嘉晶电子6吋 GaN-on-Si晶圆,也已进入国际IDM厂认证阶段,并争取新订单中,目前其晶圆主要是4吋和6吋,未来他们也可望向8吋推进。



在欧美氮化镓代工方面,则有UMS公司和OMMIC公司。


其中,UMS是法国一家半导体公司,主要针对射频器件流片提供氮化镓和砷化镓的代工服务。


UMS代工的产品主要面向国防,航天等市场,其工艺已经获得欧洲航天部的认证。


另外,OMMIC此前也专注于太空市场,主要致力于硅基氮化镓技术,2019年OMMIC推出了一种新的100纳米栅极长度的硅基氮化镓工艺,用于射频功率和低噪声,其目标是5G基站和汽车应用,同事,公司也宣布计划OMMIC最终会将产量提高到每年200多万片,以解决量产市场的需求。



大陆方面的新兴代工厂中,三安集成和海威华芯具有量产GaN功率器件的能力。


其中,三安集成是LED芯片制造公司三安光电下属子公司,主营氮化镓和砷化镓技术相关业务,是一家专门从事化合物半导体制造的代工厂。


此外,海威华芯是国内首家提供6吋砷化镓/氮化镓微波集成电(GaAs/GaN MMIC)的纯晶圆代工服务的制造企业,产品主要面向5G、雷达 、新能源、物联网等高端芯片市场。


据悉,公司的氮化镓已成功突破6吋氮化镓晶圆键合技术。


在产能方面,目前,海威华芯氮化镓规划产能600片/月。



除了半导体器件以外,在更早一段时间中,氮化镓材料被LED产业所广泛使用。


因此,也有一些代工厂选择了与LED企业进行合作,共同发展氮化镓晶圆代工业务。


以环宇为例,去年12月,环宇公司董事会决议与


LED


制造大厂晶品光电(常州),共同合资成立常州新晶宇光电。


据悉,环宇将出资人民币 1.1 亿元认缴常州新晶宇全额注册资本额,依据合资经营合约内容,新晶宇将建置 6 吋晶圆厂,并以环宇制程技术为基础,开发化合物半导体无线射频6吋晶圆代工以及光电6吋晶圆代工等业务。



氮化镓市场为代工厂带来了新的发展机会,但是,在该领域中,这些代工厂还要面对一些新的挑战者,即IDM企业的氮化镓生产线。


在上文中,我们曾提到过,一些公司还会选择与拥有生产线的IDM企业进行合作。


举个例子来说,Transphorm就曾与安森美进行合作共同开发及共同推广基于氮化镓的产品和电源系统方案,他们的产品就是在安森美半导体的制造厂进行联合封装、组装及测试。


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结语










从目前来看,氮化镓充电器将会成为消费电子领域的标配,同时,5G市场的爆发也将成为氮化镓器件发展的后续动力。


下游市场的火爆,也让更多的设计厂商投入到了氮化镓的竞争当中,而他们的参与,也会推动代工厂在氮化镓领域进行发展。


而在这当中,或许又会有新的黑马脱颖而出。



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