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SiC+GaN已成国际大厂标配,本土企业可否一战?

SiC+GaN已成国际大厂标配,本土企业可否一战?

随着瑞萨电子在1月11日宣布完成对氮化镓(GaN)功率半导体供应商Transphorm的收购,目前,国际主流芯片大厂,包括英飞凌、意法半导体、瑞萨电子、纳微半导体、罗姆、PI等,在宽禁带(WBG)半导体器件布局上均采取了“双管齐下”的策略,即同时关注碳化硅(SiC)和氮化镓。

先让我们简单回顾一下这些头部芯片公司在宽禁带半导体领域的最新布局情况:6Hmesmc

英飞凌

2023年10月,英飞凌宣布完成对氮化镓系统公司(GaN Systems)的收购,双方强强联合之后将形成丰富的GaN产品组合(尤其是在中高压GaN单管和集成产品组合,包括驱动器和控制器等系统元件方面)、行业领先的GaN IP和雄厚的研发力量。此外,两个自有生产基地结合强大的晶圆代工合作伙伴,制造能力也将得到进一步增强。6Hmesmc

而在SiC领域,英飞凌则希望凭借在SiC原料供应、冷切割(Cold Split)技术、优异的沟槽工艺、一流的内部封装解决方案等方面的优势,在2030年末占据全球SiC市场30%的市场份额,成为该领域的领导力量。6Hmesmc

意法半导体

ST目前在全球碳化硅MOSFET市场份额已超50%。意法半导体执行副总裁、中国区总裁曹志平不久前在接受媒体采访时指出,今后三年,ST在SiC领域有三个工作重点:第一,将生产线升级到8英寸晶圆;第二,落实碳化硅供应链垂直整合策略,包括正在卡塔尼亚工厂建造的碳化硅衬底综合厂,将碳化硅衬底内部供应量占比提升到40%;第三,与Soitec合作在8英寸晶圆上采用SmartSiC技术。6Hmesmc

他同时指出,尽管与SiC技术相比,现有氮化镓技术主要用于消费电子产品,产量较低。但ST非常看好氮化镓技术的未来前景,将在氮化镓应用领域复制公司在碳化硅市场的成功故事。为此,ST正在公司内部和外部布局并建设重要的基础设施,以应对工业和汽车行业在电动化和数字化转型过程中对氮化镓的需求增长。6Hmesmc

纳微半导体

2022年8月,纳微半导体(Navitas Semiconductor)正式并购GeneSiC公司,构建起了以GaNFast+GeneSiC为代表的第三代功率半导体“双引擎”战略。此后,该公司还并购了专注于数字隔离器开发的比利时VDD TECH公司,并于2023年1月与广东希荻微电子达成协议,获得希荻微拥有并经授权使用的与硅控制器相关技术许可。至此,纳微实现了对从电压等级40V到6500V,功率等级20/30瓦到兆瓦级应用场景的全覆盖。6Hmesmc

与ST、安森美、英飞凌等IDM厂商不同,纳微半导体在SiC上选择了更加灵活的商业模式,与包括X-fab在内的12家以上的不同伙伴展开了合作,以确保产能和交付能力。按照Navitas方面的说法,碳化硅行业的瓶颈仍然是在衬底侧,不但占据总成本的45-50%,还要考虑良率、缺陷、封装、器件设计等多个要素,需要整个产业链共同努力解决。6Hmesmc

公司2023年第三季度财务业绩显示,其总收入达到2,200万美元,较2022年第三季度的1,020万美元增长115%,较2023年第二季度的1,810万美元增长22%。6Hmesmc

瑞萨电子

根据行业研究,GaN的需求预计每年将增长50%以上。因此瑞萨收购Transphorm的目标也很明确,就是希望利用其在GaN方面的专业知识,进一步扩展自己的宽禁带产品阵容。接下来,瑞萨将采用Transphorm的汽车级GaN技术来开发新的增强型电源解决方案,例如用于电动汽车的X-in-1动力总成解决方案,以及面向计算、能源、工业和消费应用的解决方案。而在SiC领域,瑞萨已宣布建立一条内部SiC生产线,并签署了为期10年的SiC晶圆供应协议。6Hmesmc

罗姆

单就SiC市场,罗姆销售目标是在2025年度大于1100亿日元的销售额。预计2024-2026三个年度,有近9000亿日元的市场待开拓。为了实现这样的目标,罗姆正不断进行SiC方面的投资,预计2021-2025这五年投入1700-2200亿日元。6Hmesmc

GaN方面,2022年3月,罗姆确立了栅极耐压高达8V的“150V耐压GaN HEMT”的量产体系,并将该系列产品命名为“EcoGaN™”。同年5月,罗姆和台达电子就GaN功率器件的开发与量产缔结战略合作伙伴关系,双方将利用彼此优势联合开发适合更多电源系统的600V耐压GaN功率器件。2023年4月,罗姆650V GaN HEMT产品系列面世,重点面向电源和电机市场。6Hmesmc

如何打造本土差异化竞争优势

这种“双管齐下”的策略给企业带来的竞争优势是不言而喻的,其中包括能够借助在一种技术上的积累沉淀助力另一种技术的开发,以及向客户和市场提供各种功率电子产品,实现优势互补。而且,在系统级应用中同时使用硅、SiC和GaN技术可以实现更高的能效、功率密度和整体性能,有助于功率电子系统瘦身减重,更易于集成到各种应用中,且成本适当。6Hmesmc

与国外大厂普遍采用IDM模式不同,国内相关产业目前仍以Fabless模式为主,更强调应用创新。那么,国内企业要不要也尽快采用IDM模式?该如何打造出属于自己的差异化竞争优势?6Hmesmc

上海澜芯半导体创始人兼总经理马彪此前在参加2023年第三届临港国际半导体大会时指出,国外大厂采用IDM模式有自己的历史原因,也确实给自己带来了竞争优势,无论是成本、出货量,还是制造、封装、应用,加之比较高的技术护城河,都给本土企业带来了压力。6Hmesmc

另一方面,如果从碳化硅器件的角度来看,性能、可靠性和成本是行业最为关注的三大特征。但与国外大厂相比,他们比起步早、布局广,沟槽型器件的可靠性验证进行过多次。相比之下,国内平面型器件在汽车上的验证资源比较少,可靠性方面(包括器件设计、制造工艺、产品缺陷率、封装适配性)也需要继续提升,这些都是面临的实际挑战。6Hmesmc

因此,他认为,要想尽快追赶上国外大厂,并最终打赢这场仗,至少要做到以下三点:第一,要比欧美企业更加勤奋;第二,集中资源打磨更有竞争力的产品,缩短流片时间,加速产品迭代;第三,应用端多给本土企业一些机会,这是双赢的结局,所以产业链要抱团取暖。6Hmesmc

AOS产品应用中心总监张龙也倾向于走IDM这条路。在他看来,一家功率半导体企业做到一定阶段之后,如果想要继续做大做强,形成自己的专利壁垒,IDM这条路是一定要走的。毕竟功率半导体专利跟设备、工厂、流程是紧密联系在一起的,很难靠别家工厂长期做下去,尽管这条路走起来比较艰辛。国内市场的优势之一就是反馈循环比较快,所以本土企业间一定要抱团,分散的小公司很难形成有效的研发实力,更没有和国际头部大厂直接竞争的能力。6Hmesmc

威睿能源电驱业务电驱产品总监刘波则从整车厂的视角进行了分析解读。“整车厂首先关注供应链企业的供应能力、研发能力和财务状况,如果不达标,就会遭到淘汰。“因此,国际芯片大厂的确是通过强强合作,通过质量和成本锁定客户,国内未来也会逐渐趋向头部效应,通过锁定上下游合作带来更强的成本优势和供应能力。6Hmesmc

“国产IGBT现在之所以能占据50-60%的市场份额,就是因为能在确保产品质量的前提下保证车厂供应,满足了车厂的核心诉求。”刘波说。6Hmesmc

目前来看,虽然国产宽禁带功率半导体器件从工艺水平来看仍然与国际领先水平相差至少一代,但国内碳化硅产品的封装水平完全没有问题,服务响应速度也比国际大厂快。考虑到2024年是对宽禁带半导体供应链的压力测试之年,对国内设计公司来说,不仅仅要设计出电学性能出色的产品,更要强化从质量管理体系到供应链管理体系的建设,这是一个系统性的工程,必须要花大力气。只有如此,本土产品才能以更好的性能和可靠性,更稳定的生命周期供货,赢得用户的信心。6Hmesmc

责编:Elaine
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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