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一文看懂三安光电的化合物半导体布局与进展

三安光电在LED行业地位稳固,长期竞争力较强,虽然LED芯片行业短期库存仍然较高,未来仍有去库存去产能的压力。而企业化合物半导体目前获得产业链上下游的高度支撑,有望获得突破,将提升企业中长期盈利增长空间。

近期三安光电的化合物半导体业务收到市场高度关注,大家通过此文先容企业在化合半导体布局及进展情况。

1、三安光电作为全球LED芯片龙头,何时开始布局化合物半导体?

企业在2015年起全面布局化合物半导体,目标打造化合物半导体制造领军者。2014年5月起,三安光电延伸其Ⅲ-Ⅴ族化合物(LED用砷化镓及氮化镓芯片)的生产经验,正式涉足化合物晶圆制造的代工服务。

2014年5月企业设立厦门三安集成并实施建设30万片/年砷化镓(GaAs)和6万片/年氮化镓(GaN) 外延片生产线。

2015年10月,三安集成电路开始实施试生产。

2016年11月,企业与GCS合资设立厦门三安环宇集成电路有限企业,其中三安光电股份占比51%。

2017年1月企业HBT工艺通过重点客户产品认证,2018年12月三安集成宣布推出国内第一家6英寸SiC晶圆代工制程,且全部工艺鉴定试验已完成。

2、三安光电重点布局的化合物半导体是什么?市场前景如何?

化合物半导体材料是由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物,并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质的称为化合物半导体材料。

第二代、第三代半导体材料应用以三五族为代表的化合物半导体,在通讯射频、光通信、电力电子等领域应用逐步增加。

区别于第一代由单元素如硅(Si)、锗(Ge)等所形成的半导体,化合物半导体指由两种或两种以上元素配比形成的化合物,例如砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等化合物,其具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质,在电子迁移率、禁带宽度、功耗等指标上表现更优,具有高频、抗辐射、耐高电压等特性。这其中GaAs为第二代半导体,氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带材料第三代半导体。

根据化合物半导体材料的材料特性不同,可分为宽禁带和窄禁带半导体材料。禁带宽度Eg< 2.3eV(电子伏特),则称为窄禁带半导体,如锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)以及磷化铟(InP);若禁带宽度Eg>2.3eV则称为宽禁带半导体,如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、H碳化硅(HSiC)、氮化铝(AlN)以及氮化镓铝(ALGaN)等。

宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。

第三代半导体材料属于宽禁带半导体材料,和传统硅材料应用领域较为不同。

传统硅半导体更多的是用来制作存储器、处理器、数字电路和模拟电路等传统的集成电路芯片。而第三大半导体例如碳化硅,因为能承受大电压和大电流,特别适合用来制造大功率器件、微波射频器件以及光电器件等。特别是在功率半导体领域,未来碳化硅成本降低后,有望对硅基的MOSFET IGBT等形成部分替代。

在各类化合物半导体材料中,GaAs目前占据主流市场,未来GaN /SiC市场迎来较好发展机遇。GaAs目前占据主流市场应用于通讯领域,2G、3G 和 4G等时代PA主要材料是 GaAs全球市场容量接近百亿美金。

GaN为大功率、高频性出色,目前市场容量约10亿美金,应用于军事等特殊领域;

SiC在大功率应用中优势显著,作为高功率材料应用于汽车以及工业电力电子,目前市场容量约4亿美金,预计到2023年有望超过15亿美金。

随着进入5G时代以及市场对宽禁带产品需求提升,SiC和GaN等第三代半导体将更能适应未来的应用需求。

3、全球化合物半导体主要玩家有哪些?商业模式是如何的?

在化合物半导体的射频及功率器件市场,目前主要以IDM厂商为主,代工模式为辅。

IDM厂分为美系厂商(如Qorvo、Skyworks、MACOM与Wolfspeed等),以及日系厂商(如Sumitomo Electric、Murata等)两大阵营,而制造代工厂则以台系厂家稳懋、环宇及汉磊等为主要,从市场份额来看IDM厂商市场份额占据主流位置。

第三代半导体SiC/GaN器件目前供应商也主要以外资厂商为主,国内厂商逐步成长。

海外SIC/GaN供应商包括Fuji、英飞凌、Littelfuse、三菱、安森美半导体、意法半导体、罗姆、东芝和Wolfspeed等。同时台积电及世界先进,开始提供GaN-on-Si的代工业务,稳懋则主打GaN-on-SiC领域瞄准5G基站,X-Fab、汉磊及环宇提供SiC及GaN的基础代工业务。

随着代工业务的带动,第三代半导体材料的市场规模也进一步扩大。目前国内下游行业龙头企业比亚迪、阳光电源和HUAWEI等等都已经在产品系列中广泛使用了SiC MOSFET。国际欧洲市场,其350kW超级充电站已经采用了Sic模块产品,在新能源车中的双向车载充电器、高性能电驱动单元等环节也逐步开始应用Sic模块。

而值得关注的是,三安集成的SiC工艺平台于2018年底发布,成为国内首个进入实质性量产的商业化6英寸化合物半导体集成电路制造平台。其可以为650V、1200V和更高额定肖特基势垒二极管(SBD)提供器件结构,很快还将推出针对900V、1200V和更高额定SBD的SiC MOSFET工艺。

4、三安集成目前发展规模及主要产品布局如何?

三安集成作为国内化合物半导体制造平台龙头,立足国内广阔市场,面向全球高端需求。企业产品工艺布局较为完善,产品类别涵盖射频、电力电子、光通讯和滤波器板块,18年在职员工已突破800人,营收约1.71亿元,出货客户累计至73家,出货产品达270种。

随着企业砷化镓、光通讯产品逐渐受到客户大量验证使用,氮化镓和碳化硅产品逐渐由研发导入量产,2019年起出货量将会逐步增长。

在射频代工领域,三安集成在国内市场进展加快,获得更多工艺平台的客户认证,企业产品量产节奏加快。

在电力电子领域,企业已推出成熟的650V/1200V SiC器件工艺,并已获得包括北美客户在内的行业客户的认证及订单;GaN器件相关工艺将于2019年第三季度完成所有工艺可靠性认证并推向市场。

光通讯领域在发射及接收端,面向传统通信市场以及新兴的5G相关市场、数据中心及消费类市场,均已推出成套解决方案。

三安在HBT工艺开发上提供完整不同应用领域之产品满足多样性的无线通信需求。市场应用面上,也由手持式无线通信,沿伸至物联网需求应用下5G产品

三安在GaAs pHEMT工艺开发上提供完整不同应用领域之产品,应用频率覆盖至Ka波段。产品种类多样化,满足多样性的市场需求。

三安IPD为可定制化的制程,底材高绝缘高阻抗,故可提供射频所需高性能的整合性被动元件的需求,如电阻、电感、电容等。

异质结双极暨假晶高电子迁移率晶体管外延芯片(BiHEMT),将InGaP HBT线性功率放大器、AlGaAs pHEMT高频开关、AlGaAs pHEMT逻辑控制电路、AlGaAs pHEM低噪声的功率放大器、被动组件及内部连接线路整合在单一砷化镓芯片中。

三安集成的氮化镓(GaN) E-HEMT技术的目标是服务于消费者和工业应用,如适配器/充电器,电信/服务器smp,无线电源,车载充电器(OBC)和成本有效的解决方案。

5、化合物半导体近期核心催化事项

当前根据产业链调研多种迹象显示,为应对贸易战及科技战,国内化合物半导体自主可控已迫在眉睫。

当前上至国家政策产业基金、下至电子终端品牌均纷纷出资、出力,助力国内化合物半导体早日实现自主可控。而这一阶段三安集成或成为重要的受益者,根据企业2019年中报公告,“三安集成已取得国内重要客户的合格供应商认证,并与行业标杆企业展开业务范围内的全面合作。”预示企业很快将有望对国内重要大客户出货化合物半导体产品,结合以下重要讯息,国信研究认为三安集成的化合物半导体有望在不久的将来获得重要突破。

(1)2019年3月美的携手三安集成电路打造联合实验室,有望加速助力企业第三代化合物半导体芯片快速导入。国内家电行业领军企业美的集团宣布,与市三安集成战略合作,共同成立第三代半导体联合实验室,将通过与三安集成共同研发第三代半导体功率器件,并有望加速导入三安产品导入白电应用。

(2)2019年下半年,HUAWEI出资投入化合物半导体企业,并加大力度与化合物半导体上下游企业协作。根据工商信息显示,2019下半年,HUAWEI旗下的哈勃科技投资有限,投资国内领先的第三代半导体材料企业“山东天岳先进材料科技有限企业”,持股达10%。
该企业是我国第三代半导体材料碳化硅衬底及芯片生产领先企业。据产业链调研显示,HUAWEI除投资化合物半导体产业相关企业,并派核心技术人员与化合物产业链重点企业合作开发产品,加速国内化合物半导体技术能力,其中也包括三安集成。

(3)大基金二期蓄势待发,有望进一步助力国内化合物半导体发展。国家集成电路产业投资基金目前合计持有三安光电11.30%股权,为企业第二大股东。

(4)此前三安光电与华芯投资、国开行、三安集团约定四方建立战略合作关系,大力支撑企业发展以III-V族化合物半导体为重点的集成电路业务,据产业调研显示,大基金二期目前已蓄势待发,将有望进一步助力国内化合物半导体发展。

文稿来源:国信研究(内容有做删减)

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