芯耀
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作者 | 方文三
前言：目前，第三代半導(dǎo)體材料正處在一個(gè)快速發(fā)展的階段，各國(guó)企業(yè)都在積極布局，以期在未來(lái)的全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，第三代半導(dǎo)體材料有望在未來(lái)的電子器件市場(chǎng)中扮演越來(lái)越重要的角色。
AI發(fā)展與第三代半導(dǎo)體的互推關(guān)系
在AI技術(shù)的強(qiáng)勁推動(dòng)下，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展加速度，同時(shí)，SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）這兩種材料也在AI領(lǐng)域中逐漸嶄露頭角。
SiC和GaN以其獨(dú)特的物理性質(zhì)，適合制造高溫、高頻、抗輻射以及大功率的電子元器件，極大地提升了系統(tǒng)整體的效率。
隨著AI技術(shù)在功能性與功耗上需求的不斷提高，SiC和GaN的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)日益凸顯。
特別值得一提的是，隨著AI技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對(duì)電力的需求呈現(xiàn)出爆炸性增長(zhǎng)。
面對(duì)激增的用電量，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商急需尋找創(chuàng)新的電力解決方案。
SiC和GaN功率器件以其卓越的效率表現(xiàn)，成為降低能源損耗、減少設(shè)備過(guò)熱現(xiàn)象的關(guān)鍵技術(shù)。
這不僅有助于減少散熱設(shè)備的投入，還能顯著降低系統(tǒng)成本。
因此，SiC和GaN已成為數(shù)據(jù)中心優(yōu)化能源效率的重要技術(shù)選擇。
預(yù)計(jì)SiC和GaN功率器件在數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將加速推進(jìn)。
在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展方面，英飛凌公司近日擴(kuò)展了其SiC MOSFET產(chǎn)品線，推出了電壓低于650V的新產(chǎn)品，以滿足AI服務(wù)器電源日益增長(zhǎng)的需求。
目前，SiC和GaN在AI服務(wù)器的應(yīng)用展現(xiàn)出突破性的前景，這有望進(jìn)一步推動(dòng)包括AIGC在內(nèi)的AI產(chǎn)業(yè)鏈的全面發(fā)展。
多方廠商來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)奪第三代半導(dǎo)體核心環(huán)節(jié)
目前，第三代半導(dǎo)體已成為全球戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域，備受各地區(qū)重點(diǎn)扶持。
在此背景下，多家頭部廠商如意法半導(dǎo)體、英飛凌、安世半導(dǎo)體、三安光電等紛紛加快在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的布局，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。
針對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)能供應(yīng)緊張的情況，各大廠商正積極應(yīng)對(duì)。
其中，英飛凌計(jì)劃投資70億歐元在馬來(lái)西亞部署產(chǎn)能，預(yù)計(jì)今年8月啟用，并于2024年底開(kāi)始生產(chǎn)SiC。
安世半導(dǎo)體亦投入2億美元用于開(kāi)發(fā)SiC和GaN等下一代寬帶隙半導(dǎo)體，并在德國(guó)漢堡建立生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施。
Wolfspeed的Building 10 Materials工廠已達(dá)成8英寸晶圓的生產(chǎn)目標(biāo)，預(yù)計(jì)至2024年底，其莫霍克谷SiC晶圓廠將提升晶圓開(kāi)工利用率至約25%。
在國(guó)際方面，三星電子、SK Siltron、韓國(guó)東部高科（DB HiTek）以及無(wú)晶圓廠ABOV Semiconductor共同簽署了半導(dǎo)體業(yè)務(wù)協(xié)議（MOU），致力于推進(jìn)“化合物功率半導(dǎo)體先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”。
該項(xiàng)目將首先聚焦GaN功率半導(dǎo)體的研發(fā)，各廠商均表示旨在將GaN業(yè)務(wù)商業(yè)化。
韓國(guó)加大對(duì)該產(chǎn)業(yè)的扶持力度，計(jì)劃從今年到2028年提供1385億韓元的資金支持，并提供技術(shù)支持以促進(jìn)項(xiàng)目發(fā)展。
值得關(guān)注的是，三安光電與意法半導(dǎo)體決定聯(lián)手在中國(guó)重慶建設(shè)一個(gè)新的8英寸碳化硅器件合資制造廠，標(biāo)志著雙方合作的深化。
該項(xiàng)目總投資約300億元人民幣，預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)后將建成全國(guó)首條8吋碳化硅襯底和晶圓制造線；
具備年產(chǎn)48萬(wàn)片8吋碳化硅襯底、車(chē)規(guī)級(jí)MOSFET功率芯片的生產(chǎn)能力，預(yù)計(jì)營(yíng)收將達(dá)170億人民幣，有力推動(dòng)重慶打造第三代化合物半導(dǎo)體之都。
此外，三安半導(dǎo)體在湖南的碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目亦取得顯著進(jìn)展。
湖南三安項(xiàng)目后續(xù)擴(kuò)產(chǎn)將主要生產(chǎn)8英寸SiC產(chǎn)品，目前8英寸SiC襯底已開(kāi)始試產(chǎn)，SiC芯片預(yù)計(jì)于12月投產(chǎn)。
國(guó)內(nèi)企業(yè)從去年起發(fā)展速度變快
第三代半導(dǎo)體材料行業(yè)涵蓋了多元化的產(chǎn)品與環(huán)節(jié)，其中在碳化硅襯底領(lǐng)域，行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍企業(yè)包括天岳先進(jìn)、天科合達(dá)及河北網(wǎng)光等。
而在碳化硅外延領(lǐng)域，瀚天天成與普興電子等企業(yè)表現(xiàn)突出；
氮化鎵襯底領(lǐng)域則由納威科、天科合達(dá)、中鎵半導(dǎo)體與芯源基等企業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位；
碳化鎵外延領(lǐng)域則以中國(guó)電科、精湛半導(dǎo)體、江蘇能華等企業(yè)為代表。
當(dāng)前，我國(guó)第三代半導(dǎo)體材料行業(yè)已初步形成五大重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，包括京津冀魯、長(zhǎng)三角、珠三角、閩三角及中西部，每個(gè)集群均展現(xiàn)出其獨(dú)特的發(fā)展特點(diǎn)。
從區(qū)域分布來(lái)看，第三代半導(dǎo)體材料行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)在全國(guó)絕大多數(shù)省份均有布局。
其中，河南省的第三代半導(dǎo)體材料企業(yè)數(shù)量最為集中，山東、江蘇和甘肅等省份的企業(yè)數(shù)量也相對(duì)較多。
2023年，天岳先進(jìn)在導(dǎo)電型碳化硅襯底產(chǎn)能及規(guī)?；?yīng)能力方面持續(xù)取得超預(yù)期成果。
其碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2026年實(shí)現(xiàn)全面達(dá)產(chǎn)，屆時(shí)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底的年產(chǎn)能將達(dá)到30萬(wàn)片。
同年5月，天科合達(dá)與英飛凌簽訂了長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議，將為其提供用于制造碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)品的6英寸碳化硅襯底和晶錠，預(yù)計(jì)供應(yīng)量將占據(jù)英飛凌長(zhǎng)期需求量的兩位數(shù)份額。
2023年8月，天科合達(dá)的全資子公司江蘇天科合達(dá)碳化硅襯底二期擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目正式開(kāi)工。
據(jù)悉，該項(xiàng)目將新增16萬(wàn)片碳化硅襯底產(chǎn)能，并計(jì)劃于今年6月完成建設(shè)，8月竣工投產(chǎn)，屆時(shí)江蘇天科合達(dá)的總產(chǎn)能將達(dá)到23萬(wàn)片。
去年12月22日，國(guó)盛電子南京外延材料產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目成功下線了第一枚硅基氮化鎵（GaN on Si）外延片。
而在2023年11月，賀利氏宣布收購(gòu)初創(chuàng)企業(yè)Zadient Technologies，正式進(jìn)軍碳化硅粉料和碳化硅晶錠生長(zhǎng)領(lǐng)域。
此外，百識(shí)電子自2019年8月成立以來(lái)，專(zhuān)注于生產(chǎn)碳化硅及氮化鎵相關(guān)外延片，涵蓋GaN on Silicon、GaN on Sic以及SiC on SiC等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，服務(wù)于功率及射頻微波等領(lǐng)域。
去年10月末，特思迪完成了B輪融資，其研發(fā)的8英寸碳化硅全自動(dòng)減薄設(shè)備已投入市場(chǎng)，而8英寸雙面拋光設(shè)備也已通過(guò)工藝測(cè)試并進(jìn)入量產(chǎn)階段。
同時(shí)，中國(guó)一汽正積極加強(qiáng)碳化硅項(xiàng)目建設(shè)，其M220 SiC電驅(qū)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)下線，M190-150（SiC）電驅(qū)生產(chǎn)準(zhǔn)備建設(shè)項(xiàng)目亦在擬審批階段。
芯塔電子SiC模塊已實(shí)現(xiàn)大批交付，湖州功率模塊封裝產(chǎn)線總投資1億元，預(yù)計(jì)于2024年初正式通線，預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)后將年產(chǎn)100萬(wàn)套功率模塊，年產(chǎn)值預(yù)估達(dá)3億元。
冠嵐新材料亦簽約年產(chǎn)1600噸碳化硅襯底材料項(xiàng)目，其產(chǎn)品已獲國(guó)內(nèi)外多家客戶認(rèn)證。
此外，總投資50億的中順通利半導(dǎo)體功率器件項(xiàng)目亦已簽約，擬建設(shè)特種及車(chē)規(guī)級(jí)功率器件封裝測(cè)試生產(chǎn)線、集團(tuán)企業(yè)總部集群等。
未來(lái)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要方向
從行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局的視角審視，美國(guó)、歐洲和日本的企業(yè)在SiC行業(yè)處于領(lǐng)先地位，而國(guó)內(nèi)廠商則顯示出加速替代的趨勢(shì)。
在具體參與者方面，功率半導(dǎo)體和平臺(tái)企業(yè)貢獻(xiàn)顯著，如美國(guó)的Wolfspeed、II-VI、安森美，歐洲的ST意法和英飛凌，以及日本的羅姆、三菱、富士電機(jī)等，均為行業(yè)內(nèi)的佼佼者。
從細(xì)分市場(chǎng)觀察，第三代半導(dǎo)體的市場(chǎng)集中度極高。其中，SIC功率器件市場(chǎng)，CREE、ROHM、Infineon、東芝、ST五家廠商占據(jù)全球80%的市場(chǎng)份額；
GaN功率器件市場(chǎng)，EPC、Transphorm、GaN system、Infineon五家廠商占據(jù)全球90%的市場(chǎng)份額；
而GaN射頻器件市場(chǎng)，日本住友、CREE、Qorvo五家廠商占據(jù)全球85%的市場(chǎng)份額。
據(jù)YOLE、億渡數(shù)據(jù)等權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的報(bào)告，2021年第三代半導(dǎo)體全球市場(chǎng)規(guī)模約為21.39億美元，預(yù)計(jì)至2027年，該市場(chǎng)將達(dá)到88.96億美元，年均復(fù)合增速（CAGR）高達(dá)26.81%。
特別是在新能源汽車(chē)、能源、通訊等領(lǐng)域，第三代半導(dǎo)體有望實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)值已達(dá)到105億元，預(yù)計(jì)到2027年，產(chǎn)值有望達(dá)到700億元，年均復(fù)合增速高達(dá)32%，顯示出該產(chǎn)業(yè)的高景氣度和高技術(shù)含量。
預(yù)計(jì)至2027年，碳化硅器件中的功率器件市場(chǎng)規(guī)模將從2021年的10.90億美金增長(zhǎng)至62.97億美金，復(fù)合年增長(zhǎng)率約34%。
全球新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在2025年達(dá)到72.7億美元，CAGR為43.6%，至2030年市場(chǎng)規(guī)模有望突破171.2億美元。
據(jù)TrendForce集邦咨詢研究，2023年全球SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模約為30.4億美元，預(yù)計(jì)至2028年將上升至91.7億美元，CAGR達(dá)25%；
而全球GaN功率器件市場(chǎng)規(guī)模將從2022年的1.8億美金增長(zhǎng)到2026年的13.3億美金，CAGR高達(dá)65%。
結(jié)尾：
頭部企業(yè)通過(guò)上述策略，不僅在技術(shù)、產(chǎn)能和市場(chǎng)布局上取得了優(yōu)勢(shì)，也為應(yīng)對(duì)未來(lái)可能的市場(chǎng)變化做好了準(zhǔn)備。
這場(chǎng)圍繞第三代半導(dǎo)體核心環(huán)節(jié)的爭(zhēng)奪，不僅是技術(shù)的較量，更是產(chǎn)業(yè)鏈整合能力和市場(chǎng)洞察力的比拼。
廠商們需要在材料研發(fā)、器件設(shè)計(jì)、制造工藝、封裝測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新，才能在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
部分資料參考：全球半導(dǎo)體觀察：《搶奪賽位，第三代半導(dǎo)體戰(zhàn)局激烈》，瞻研究：《洞察2024：中國(guó)第三代半導(dǎo)體材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局及市場(chǎng)份額》，上海長(zhǎng)三角產(chǎn)業(yè)賦能研究院：《第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局、國(guó)產(chǎn)化發(fā)展趨勢(shì)》，科技導(dǎo)報(bào)：《第三代半導(dǎo)體發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)展望》，半導(dǎo)體行業(yè)觀察：《第三代半導(dǎo)體，巔峰對(duì)決》，集成芯思路：《第三代半導(dǎo)體行業(yè)加速發(fā)展，新能源產(chǎn)業(yè)鏈為增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)核心競(jìng)爭(zhēng)力》
