目前，第三代半導(dǎo)體是全球戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)新的制高點(diǎn)，也是各地區(qū)的重點(diǎn)扶持行業(yè)，意法半導(dǎo)體、英飛凌、安世半導(dǎo)體、三安光電等頭部廠商順勢(shì)而上，加速布局第三代半導(dǎo)體，市場(chǎng)戰(zhàn)火已燃，一場(chǎng)群雄逐鹿之戰(zhàn)正在上演。
多方來(lái)戰(zhàn)，“直搗”三代半核心環(huán)節(jié)
第三代半導(dǎo)體欣欣向榮，八方入局，搶奪市場(chǎng)重要賽位，擁抱巨大增量市場(chǎng)。業(yè)界認(rèn)為，面對(duì)下游行業(yè)需求的爆發(fā)，提升工藝及良率，擴(kuò)大晶圓產(chǎn)能是行業(yè)當(dāng)務(wù)之急。
第三代半導(dǎo)體產(chǎn)能供應(yīng)緊張，三安/意法等大廠在前線沖鋒：英飛凌將拋出70億歐元（約544.24億元人民幣），部署馬來(lái)西亞地區(qū)產(chǎn)能，其馬來(lái)西亞居林Module 3廠區(qū)預(yù)計(jì)今年8月啟用，并于2024年底開(kāi)始生產(chǎn)SiC；Nexperia（安世半導(dǎo)體）投資2億美元（約合人民幣14.5億元）開(kāi)發(fā)碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等下一代寬帶隙半導(dǎo)體（WBG），并在德國(guó)漢堡工廠建立生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施；Wolfspeed的Building 10 Materials工廠已實(shí)現(xiàn)其8英寸晶圓的生產(chǎn)目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2024年底，其莫霍克谷SiC晶圓廠可借此將晶圓開(kāi)工利用率提升至約25%….
三安光電、意法半導(dǎo)體決定聯(lián)手布局，二者去年6月宣布在在中國(guó)重慶建立一個(gè)新的8英寸碳化硅器件合資制造廠。目前，重慶三安襯底廠主設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，這標(biāo)志著重慶三安襯底工廠通線，即將進(jìn)入倒計(jì)時(shí)階段。三安意法碳化硅項(xiàng)目總規(guī)劃投資約300億元人民幣，項(xiàng)目達(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、車規(guī)級(jí)MOSFET功率芯片的制造能力，預(yù)計(jì)營(yíng)收將達(dá)170億人民幣，將有力推動(dòng)重慶打造第三代化合物半導(dǎo)體之都。
另外，三安半導(dǎo)體湖南碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目一期已經(jīng)全線投產(chǎn)，SiC年產(chǎn)能已達(dá)到25萬(wàn)片（折合6吋算）；項(xiàng)目二期正在穩(wěn)步推進(jìn)中，將全部導(dǎo)入國(guó)際領(lǐng)先的8吋生產(chǎn)設(shè)備和工藝。整個(gè)項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后將實(shí)現(xiàn)總計(jì)年產(chǎn)48萬(wàn)片的規(guī)模。而三安光電于7月2日在投資者互動(dòng)平臺(tái)表示，湖南三安項(xiàng)目后續(xù)擴(kuò)產(chǎn)將生產(chǎn)8英寸SiC產(chǎn)品，目前，8英寸SiC襯底已開(kāi)始試產(chǎn)，8英寸SiC芯片預(yù)計(jì)于12月投產(chǎn)。
韓國(guó)方進(jìn)軍氮化鎵：據(jù)韓媒近期報(bào)道，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），共同致力于“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)，上述廠商均表示旨在將GaN業(yè)務(wù)商業(yè)化。
從早先的布局動(dòng)態(tài)看，三星此前透露將從2025年開(kāi)始建設(shè)8英寸氮化鎵化合物功率半導(dǎo)體代工廠；SK Siltron通過(guò)其子公司SK KeyFoundry（啟方半導(dǎo)體）開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)GaN半導(dǎo)體，后者此前宣布已獲得8英寸650V 氮化鎵 HEMT 的器件特性，并計(jì)劃在今年內(nèi)完成開(kāi)發(fā)；DB HiTek于5月表示將在今年第三季度引進(jìn)氮化鎵器件生產(chǎn)所需的相關(guān)設(shè)備，并在今年年底前完成量產(chǎn)準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)該GaN代工廠將從明年年初開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。
此外，韓國(guó)官方正加強(qiáng)扶持該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。韓國(guó)政府將從今年到2028 年，計(jì)劃提供1385 億韓元（約7.2億人民幣）的資金支持以推進(jìn)上述項(xiàng)目，其中包括 939 億韓元的政府資金和 446 億韓元的私人投資；技術(shù)支持方面，韓國(guó)產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃和評(píng)估研究院（KITIE）將為參與機(jī)構(gòu)提供研發(fā)支持。
汽車廠商多線路布局，旨在穩(wěn)定供應(yīng)鏈體系：中國(guó)一汽正加強(qiáng)建設(shè)額碳化硅項(xiàng)目：其M220 SiC電驅(qū)已在今年宣布量產(chǎn)下線，M190-150（SiC）電驅(qū)生產(chǎn)準(zhǔn)備建設(shè)項(xiàng)目則處于擬審批階段。M220 SiC電驅(qū)作是一汽紅旗HME平臺(tái)的核心總成，匹配EH7、E202、E702等5款新能源主銷車型，也是產(chǎn)品項(xiàng)目CEO制改革后首批量產(chǎn)的動(dòng)力總成產(chǎn)品；M190-150（SiC）電驅(qū)生產(chǎn)準(zhǔn)備建設(shè)項(xiàng)目建成后，將實(shí)現(xiàn)M190-150（SiC）電驅(qū)系統(tǒng)與M220電驅(qū)系統(tǒng)共線產(chǎn)能20萬(wàn)（臺(tái)）/年，其中M190-150（SiC）電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)能14萬(wàn)（臺(tái)）/年。
部分廠商加速項(xiàng)目進(jìn)程和產(chǎn)品出貨：芯塔電子SiC模塊大批交付，湖州功率模塊封裝產(chǎn)線總投資1億元，于2024年初正式通線，目前處于量產(chǎn)爬坡階段。產(chǎn)線全部達(dá)產(chǎn)后，將年產(chǎn)100萬(wàn)套功率模塊，預(yù)估年產(chǎn)值3億元；冠嵐新材料年產(chǎn)1600噸碳化硅襯底材料項(xiàng)目簽約，該公司主要產(chǎn)品為大尺寸、高純度、低成本第三代半導(dǎo)體SiC原材料、SiC鍍膜，目前國(guó)產(chǎn)化原材料產(chǎn)品已驗(yàn)證完成，獲國(guó)內(nèi)外多家客戶認(rèn)證；總投資50億的中順通利半導(dǎo)體功率器件項(xiàng)目簽約，項(xiàng)目擬建設(shè)特種及車規(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。
與此同時(shí)，并購(gòu)方針狂熱執(zhí)行，企業(yè)紛紛擴(kuò)大麾下軍，近期碳化硅、氮化鎵領(lǐng)域出現(xiàn)了多件收購(gòu)案：純晶圓代工廠格芯收獲一家GaN研發(fā)商Tagore，包括后者專有且經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證的功率氮化鎵（GaN）技術(shù)及IP產(chǎn)品組合；Guerrilla RF收購(gòu)Gallium Semiconductor的GaN功率放大器和前端模塊產(chǎn)品組合，該公司表示將為無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施、軍事和衛(wèi)星通信應(yīng)用開(kāi)發(fā)新的GaN器件產(chǎn)品線并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化….
從本質(zhì)看，三代半魅力何在？
第一代半導(dǎo)體材料以Si（硅）、Ge（鍺）等為主，Si以優(yōu)異性能、低廉價(jià)格及成熟的工藝，在大規(guī)模集成電路領(lǐng)域地位明顯；第二代半導(dǎo)體材料包括GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）等，GaAs主要應(yīng)用于大功率發(fā)光電子器件和射頻器件；第三代半導(dǎo)體也稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料，以SiC（碳化硅）、GaN（氮化鎵）為主，GaN主要應(yīng)用于光電器件和微波射頻器件，SiC主要用于功率器件。
得益于自身優(yōu)秀的物理特性及產(chǎn)業(yè)端的快速拉動(dòng)，第三代半導(dǎo)體已然成為了業(yè)界“寵兒”。碳化硅方面，從物理特性上看，相比傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體材料，SiC擁有3倍的禁帶寬度、3倍的熱導(dǎo)率、近10倍的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、以及2倍的電子飽和漂移速率。此外業(yè)界稱，理論上，相同耐壓的器件，SiC的單位面積的漂移層阻抗可以降低到Si的1/300。
需求端來(lái)看，SiC功率器件具備耐高壓，耐高溫，低能耗，小型化的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于電動(dòng)/混動(dòng)汽車、充電樁/充電站、高鐵軌交、光伏逆變器中。目前，碳化硅已發(fā)展成為綜合性能最好、產(chǎn)業(yè)化程度最高、技術(shù)最成熟的第三代半導(dǎo)體材料。
氮化鎵方面，主要有Si基和SiC基兩種。GaN-on-Si主要應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域，用作高功率開(kāi)關(guān)。GaN-on-SiC 主要應(yīng)用于射頻領(lǐng)域，主要得益于SiC的高導(dǎo)熱率以及低RFloss，適用于功率較大的宏基站。需求端方面，GaN功率器件憑其高頻率、低損耗、低成本的特點(diǎn)，可以廣泛使用于智能終端快充、數(shù)據(jù)中心、車規(guī)級(jí)充電場(chǎng)景中；GaN微波器件則因其高頻率、高功率、高效率可以廣泛地應(yīng)用于宏基站/小微基站、智能終端、軍用雷達(dá)、衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域。
從市場(chǎng)前景來(lái)看，碳化硅市場(chǎng)步入高速增長(zhǎng)階段，據(jù)TrendForce集邦咨詢研究表示，盡管純電動(dòng)汽車（BEV）銷量增速的明顯放緩已經(jīng)開(kāi)始影響到SiC供應(yīng)鏈，但作為未來(lái)電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向，SiC在汽車、可再生能源等功率密度和效率極其重要的應(yīng)用市場(chǎng)中仍然呈現(xiàn)加速滲透之勢(shì)，未來(lái)幾年整體市場(chǎng)需求將維持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)估至2028年，全球SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模有望上升至91.7億美元。
目前，GaN功率元件市場(chǎng)的發(fā)展主要由消費(fèi)電子所驅(qū)動(dòng)，核心仍在于快速充電器，其他消費(fèi)電子場(chǎng)景還包括D類音頻、無(wú)線充電等。據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，全球GaN功率元件市場(chǎng)規(guī)模將從2022年的1.8億美金成長(zhǎng)到2026年的13.3億美金，復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)65%。
結(jié)語(yǔ)
第三代半導(dǎo)體材料在新能源汽車、信息通信、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域充分發(fā)揮其優(yōu)異的性能，目前已成為推動(dòng)諸多產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)的重要引擎。而基礎(chǔ)研究能力、關(guān)鍵裝備和原材料等涉及產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全的問(wèn)題仍是關(guān)鍵，也正由此，今年以來(lái)產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)頻頻，上中下游廠商紛紛下場(chǎng)實(shí)施前瞻性策略，業(yè)界認(rèn)為，屬于第三代半導(dǎo)體的時(shí)代正在敲門(mén)。
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