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全球第三代半導體廠家解析

全球第三代半導體廠家解析

鐘林|資訊中心|information centre|

2022-06-08 20:22:30 1

氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）在國內一直被行業和投資人所關注，也對以氮化鎵和碳化硅為代表的第三代半導體有著很高的熱情和期待。

最近，筆者查閱國外相關報道對全球第三代半導體部分主要廠家進行了分析和總結：

1、碳化硅市場的競爭正在加劇，多家供應商對市場規模超過當前中期預期表示樂觀。

2、Soitec對其SmartSic基板和GaN-on-SOI（絕緣體上硅）產品的基板客戶吸引力仍然充滿信心，認為GaN-on-SOI的潛在商業化可能會為市場和投資者提供額外的選擇機會。

3、英飛凌采用ColdSplit技術。從分析來看，英飛凌不太可能采用Soitec的SmartSic基板。但Soitec仍然認為SmartSic基板在未來有著重大機遇。

4、GaN功率器件的交付周期較短（與硅功率器件相比）和創新的營銷策略（GaN功率產品的20年保修期）可能會加速GaN功率器件市場的增長。行業看好英飛凌（Infineon）、意法半導體（STMicroelectronics）和Soitec（Soitec）。

Infineon Technologies

碳化硅

1、英飛凌的碳化硅業務最近在工業終端市場上贏得廣泛基礎。2017財年，87%的design win來自太陽能逆變器。2021與2017財年相比，碳化硅業務增加了5倍，碳化硅的應用也變得多樣化。英飛凌在2025年將從SiC器件獲得10億美元的收入。

2、英飛凌SiC產品與競品的主要區別因素有：

能夠在未來大規模擴展和交付/承諾量產
英飛凌溝槽SiC MOSFET的高性能（低開關損耗、更小的芯片尺寸/更大的功率密度、低導通電阻、更好的尖峰保護）
有能力提供驅動IC 和完整的封裝/系統專有技術– mgmt。其Easy 模塊中有50%以上是定制產品。在功率模塊客戶方面，英飛凌能夠提供與硅基模塊相同的SiC模塊，能為客戶帶來多種優勢，幫助客戶加速上市時間。

3、英飛凌的SiC產品仍處于*代，但它剛剛推出了升級版。第二代產品（Cell設計小25-30%）正處于驗證階段，英飛凌預計，基于第二代SiC MOSFET的產品將于今年年底在汽車市場推出。

4、在高壓應用中，雖然碳化硅有望隨著時間的推移從硅基產品中*得份額，但許多產品將在未來多年內繼續使用硅基IGBT。例如，Infineon提到電機驅動和高壓DC-DC。在這些使用案例中，由于與成本、低開關頻率和長設計周期相關的原因，預計對IGBT的需求將保持不變。

5、英飛凌的SiC收入增長預計將由汽車終端市場帶動，其次是工業終端市場。

英飛凌的ColdSplit與Soitec的SmartCut的相對優勢：

1、英飛凌指出，尚未對Soitec的SmartSiC基板進行*評估，因此無法對SmartSiC的優點發表評論。英飛凌電力產品中的硅芯片目前厚度低于50微米。

2，對于1.7KV應用，SiC模具只需要20微米的厚度，對于3.4KV應用，則需要c30微米的厚度。英飛凌采用ColdSplit技術的最終目標是將SiC芯片厚度從c350微米的起始晶圓厚度提升到50微米以下。目前英飛凌還沒有達到這個目標厚度。

3、如果Infineon成功，這意味著Infineon的SiC芯片在使用ColdSplit技術分裂后的電阻率可能明顯低于未使用ColdSplit技術分裂的SiC晶片制造的電阻率。

4、此外，英飛凌注意到，最終SiC器件的電阻率僅在很小程度上取決于基板的電阻率（1200v SiC MOSFET的單位百分比影響）——主要驅動因素往往是Infineon內部所做外延層的電阻率，這是Infineon SiC解決方案與競爭者的關鍵區別因素。

5、單晶硅碳化硅的電導率約為20mOhm.cm，假設為5mOhm.cm電導率，使用SmartSiC基板生產的SiC MOSFET的電阻率的最終影響可能與使用厚度<50微米的SiC Die生產的SiC MOSFET沒有實質性區別（冷裂技術后處理）。Soitec的SmartSiC基板的價格不會低于傳統SiC基板。

6、行業認為Soitec將其smartSiC基板出售給英飛凌以外的SiC器件廠商會是一個巨大的機會。

氮化鎵

1、目前，GaN產品的收入很低，但英飛凌有著強大的design-in funnel，并專注于增加銷量。英飛凌的內部制造（包括外延步驟）有望提供競爭優勢。

2、英飛凌在GaN的產品組合將解決高達650V的額定電壓問題。英飛凌預計，GaN在低壓應用中的機會比在高壓應用中的機會更大。

3、GaN產品包括集成電源系統，該系統具有與GaN電源開關相結合的驅動器。英飛凌也在研究單片集成驅動芯片，但指出單片集成產品可能只針對利基市場。此外，整體集成產品可能需要更大的模具，因此可能會導致較低的產量。

Soitec

碳化硅和氮化鎵

1、近幾個月來，Soitec從其SiC原型中看到了有希望的結果，在其200毫米SiC基板從試驗線研究成功后，對其SiC產品線的信心增加，并且對其多晶硅碳化硅供應鏈也變得更加自信。

2、Soitec正在就其SmartSiC基板的商業化與客戶進行深入討論，并對客戶吸引力充滿信心。外界的觀點是，Soitec管理層可能會在6月份的2022財年業績更新中提供其SiC產品的最新情況。

3、Soitec指出，其單晶硅碳化硅可從多家供應商處采購，并正在就確保供應進行討論。還打算擁有多家多晶硅碳化硅供應商。

4、在GaN方面，Soitec管理層注意到，當芯片的電源部分與輸入/輸出和邏輯/MCU部分進行單片集成時，硅上GaN制成的器件存在與隔離相關的問題。為了解決這個問題，Soitec正在將GaN-on-SOI視為一種潛在的解決方案，但也強調了Soitec尚未在實踐中證明這種解決方案。雖然Soitec并沒有為在SOI器件上生產GaN的基板提供具體的時間表，但他們指出，這可能需要2到4年的時間。

5、長期來看，Soitec打算使用SmartCut生產GaN器件的基板。作為該產品的一部分，Soitec可能希望通過優化基板來獲得競爭優勢，以降低電阻率，并更好地散熱GaN器件。這不是當前的解決方案，Soitec目前正在研究開發具有上述特征的解決方案。

Power Integrations

氮化鎵

1、PowerIntegrations一直在銷售GaN Power產品，作為其Innoswitch產品線的一部分，該產品集成了驅動IC和電源開關。雖然GaN的收入貢獻很小，但Power Integrations是GaN功率開關市場的領導者。目前，與GaN相關的收入主要由移動快速充電器市場推動。

2、GaN在30瓦以上的開關應用中具有成本效益，隨著時間的推移，GaN將從硅開關產品市場中取得更多的份額。然而，考慮到采用硅基開關產品所設計產品的長周期性，硅產品將繼續銷售多年。

碳化硅

1、在Innoswitch產品線內，Power Integrations將使用碳化硅開關，具體取決于使用情況（例如，在電動汽車中）。該公司最近宣布了一款基于1700v SiC MOSFET的Innoswitch產品，用于汽車應用中的DC-DC電源。該產品已被設計進入到主要的汽車OEM廠商，用于牽引逆變器內的緊急開關應用。

2、電動汽車制造商愿意為碳化硅支付更高的價格，部分原因是與有利于減輕重量相關。這些更輕的重量優勢在電動客車/卡車中并不顯著，因此，電動客車/卡車中采用SiC的速度較慢。

3、Power Integrations最近推出了一種性能非常接近SiC二極管的硅二極管。這些二極管比SiC二極管*，將用于電動汽車的車載充電器，每輛電動車用量10-15美元不等。

近期供需及其他：

1、Power Integrations傾向于在高壓市場銷售更多的門驅動器IC。比如在商用卡車應用中。

2、 Power Integrations尚未發現其晶圓代工伙伴（包括GaN產品）的任何材料限制，并正在繼續增加產能。

3、當前的定價環境是有利的，因此，Power Integrations不會給客戶任何*。這意味著晶圓制造的改進已經貫穿到盈利能力指標。

4、 Power Integrations并不認為Android手機的庫存特別高，但也指出，由于中國經濟疲軟、通貨膨脹和停產，中國的需求已經減弱。另外還指出，中國智能手機廠商在俄羅斯有大量業務，這也影響了需求。

5、 Cypress在USB-PD市場的解決方案主要在接收端，而Power Integrations的USB-PD解決方案主要在充電器端。Cypress在USB-PD市場的許多design wins都是由筆記本市場推動的。移動手機市場尚未在數量上轉向USB-PD市場。

6、 Power Integrations認為其高壓GaN產品具有技術優勢。這一點，再加上系統專長（而不是生產分立功率器件），將有助于Power Integrations保持其在GaN市場的*地位。

Efficient power conversion corporation（EPC）

1、EPC的重點是用于低壓應用的GaN器件，特別是48V。EPC打算成為48伏GaN應用的領導者。

2、EPC認為，目前有四個關鍵應用對推動增長非常重要。其中包括：

用于自動駕駛汽車和更普遍的機器視覺的激光雷達應用——激光雷達應用需要非常尖銳的光脈沖，而這反過來又需要非常高且窄的電流脈沖。這些要求對GaN有利。Luminar、Septon、Velodyne、Ouster、Aptiv 、Valeo 正在將EPC的GaN器件用于激光雷達應用。
GaN的小尺寸在企業計算機應用方面有優勢
空間/衛星應用提供優勢——GaN器件比基于硅的器件更能抵抗輻射。因此，GaN開關越來越多地用于衛星/空間應用。
電機驅動

3、EPC在供應方面沒有任何問題，目前正在努力在年底啟用第二個晶圓廠（能力為200毫米）。轉移到200mm GaN晶片并不一定會帶來顯著的成本優勢，因為外延層在200mm晶片上比在150mm晶片上更難生長，外延是生產過程中最昂貴的步驟之一。

4、在許多應用中，GaN解決方案比硅基解決方案*，因為GaN芯片的尺寸比硅基解決方案小得多。在650V以下，GaN很可能會在許多開關應用中取代硅。

5、混合動力汽車的功率在2-8千瓦之間。在這些功率水平下，12伏的布線往往非常僵硬，因此，很難制作相關線束。因此，汽車制造商正在轉向使用48伏電壓。EPC的GaN產品專注于此電壓水平。

Navitas

1、Navitas是最大的GaN器件公司，迄今已售出5000萬片GaN芯片。Navitas的重點是高壓領域。前十大手機設備制造商中有9家使用Navitas的GaN IC，Navitas是智能手機充電器的*大GaN供應商。Navitas的GaN芯片用于170種充電器型號中，還有更多型號正在開發中。

2、Navitas打算進軍更高端的電力市場，解決電動汽車等應用問題車載充電器、太陽能逆變器和數據中心電源。對于這些應用，可靠性非常重要，因此，Navitas最近推出了20年限保修，以使上述垂直領域的客戶更容易使用Navitas的解決方案。這與硅功率半導體的典型2年保修相比。客戶對其20年限保修服務非常感興趣。

3、作為一個與眾不同的因素，Navitas將驅動IC和傳感組件與其電源開關集成在一起。這提高了系統性能，并成為競爭優勢的來源。

4、Navitas使用臺積電作為其GaN代工廠。GaN產品的交付周期比硅基功率半導體的交付周期短。這是促使充電器廠商采用GaN基功率半導體而非硅基功率半導體的另一個因素。

ROHM Semiconductor

1、Rohm打算在2020至2025年間將其SiC生產能力增加5倍以上，并計劃到2030財年在SiC器件中實現30%的份額。

2、大多數汽車OEM廠商碳化硅平臺將在2025年開始生產，2025-2030年計劃中的碳化硅設計正在增加。汽車行業目前正在與碳化硅合作伙伴達成長期協議。Vitesco是Rohm在歐洲最大的SiC合作伙伴。

3、Rohm最近推出了基于溝槽技術的第四代SiC MOSFET。Rohm的第二代SiC MOSFET基于平面技術。在汽車終端市場，Rohm的重點聚焦在裸Dies；而在工業終端市場的重點是已封裝器件。Rohm今年將開始為汽車終端市場送樣已封裝裝的SiC產品。

4、Rohm與Vitesco和Semikron等公司有SiC模塊合作伙伴關系。

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