產(chǎn)能劍指行業(yè)第一！一位重磅氮化鎵芯片玩家
氮化鎵(GaN)具有耐高溫、導熱強、穩(wěn)定性強等特性，已成為當前眾多領(lǐng)域炙手可熱的明星材料。
氮化鎵迎來快速發(fā)展，但滲透率的提高仍需解決效率及成本問題
按照應(yīng)用市場的不同，氮化鎵器件又可以以分為光電氮化鎵器件、射頻氮化鎵器件和功率氮化鎵器件三大類。其中，光電氮化鎵器件的占比達到65%，市場應(yīng)用程度最高；其次是射頻氮化鎵器件，市場占比約為29%;而功率氮化鎵器件的市場規(guī)模則占比最小，僅為5%左右。 具體來看，在光電領(lǐng)域，氮化鎵相較于傳統(tǒng)的硅材料具有更高的電子遷移率、更寬的能隙、更好的熱導率和更高的韌性，目前已經(jīng)在LED照明、LED顯示、消菌殺毒、激光顯示等市場大規(guī)模應(yīng)用；在射頻領(lǐng)域，相較于硅組件，氮化鎵可以在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等功率，從而提升功率密度，目前也已經(jīng)在軍用雷達、衛(wèi)星通訊、移終端動、通信基站等方面廣泛應(yīng)用。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，預計到2028年射頻氮化鎵器件市場價值將達到27億美元。 而在功率器件領(lǐng)域，氮化鎵低損耗與高頻率的材料特性使其在電力電子市場具備應(yīng)用優(yōu)勢。目前，除了消費電子充電器、電源適配器等低功率市場外，氮化鎵也朝著中大功率儲能、數(shù)據(jù)中心、通訊基站以及汽車等中大功率市場加速滲透，預計未來6年將保持49%的年復合增長率，到2028年市場規(guī)模將達到20.4億美元。 競爭格局方面，在光電氮化鎵市場，目前主要玩家有三安光電、士蘭明稼、乾照光電、聚燦光電等，其中三安光電是國內(nèi)規(guī)模最大的 LED 外延片及芯片企業(yè)，產(chǎn)品性能指標居國際先進水平；在射頻氮化鎵領(lǐng)域，SEDI（住友電工）、Qorvo和Wolfspeed排名行業(yè)前三，在全球市占率合計超過80%。從中國市場來看，受中美貿(mào)易摩擦的影響，華為和中興等通信大廠加大了對中國本土供應(yīng)鏈的采購，這帶動了國內(nèi)射頻氮化鎵的快速發(fā)展，目前市場上也已經(jīng)涌現(xiàn)出了三安光電、中電科 13 所、中電科 55 所、蘇州能訊、海威華芯等一批核心的優(yōu)秀企業(yè)；而在功率氮化鎵市場，由于行業(yè)的快速發(fā)展，除了PI、納微半導體、英諾賽科、EPC、GaN Systems、Transphorm等頭部玩家外，目前市場上也涌現(xiàn)出了鎵未來、氮矽科技、致能科技等一批快速發(fā)展的新興廠商。 資料來源：頭豹研究院 譽鴻錦品牌戰(zhàn)略官張雷表示：氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、開關(guān)頻率高、電子遷移率高以及電子飽和速度快等優(yōu)勢，可以廣泛應(yīng)用在光電、射頻、電力電子等領(lǐng)域，尤其在半導體制造遭遇摩爾定律限制的時候，新興的以氮化鎵為代表的第三代化合物半導體以其優(yōu)異的器件特性成為了半導體產(chǎn)業(yè)新的技術(shù)突破方向。而在國家‘雙碳’政策的支持下，近年來氮化鎵在功率電子領(lǐng)域也開始從消費電子電源不斷向數(shù)據(jù)中心、光伏/儲能、新能源汽車等附加值領(lǐng)域加速滲透，未來這些市場有望成為GaN產(chǎn)品規(guī)模擴張的主要動力。 值得注意的是，雖然目前氮化鎵發(fā)展很快，但行業(yè)的發(fā)展遇到了兩大問題：一是雖然其材料性能優(yōu)異，但滲透率相對硅而言相對較低；二是雖然GaN單片晶圓產(chǎn)出芯片數(shù)量約是硅器件的2.4倍，但價格卻太高限制了其應(yīng)用。 資料來源：2022氮化鎵產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書 截至目前，包括碳化硅、氮化鎵等第三代半導體在整個功率器件行業(yè)的滲透率與硅相比還有巨大的差距，其中氮化鎵的滲透率甚至連1%都還不到。很多人可能會認為氮化鎵滲透率低是由其器件規(guī)模生產(chǎn)不足導致成本均攤困難所引起的。那我們的看法和市場上的不太一樣，因為從材料成本來說，氮化鎵器件并不會比硅基器件昂貴，而且規(guī)模是氮化鎵滲透率的結(jié)果而并非原因。我們認為本質(zhì)問題出現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)效率上，只有把系統(tǒng)效率提升，才能用更低的成本推動氮化鎵器件的大規(guī)模應(yīng)用。 張雷說。 中試線產(chǎn)能達1.5萬片/月，剛出道產(chǎn)能就劍指行業(yè)第一 那如何提效降本，進而推動氮化鎵在各行各業(yè)的普及呢？ 在這個問題上，譽鴻錦通過回歸產(chǎn)業(yè)價值的本質(zhì)，提出“產(chǎn)業(yè)價值=能效提升-替換成本>0”的解題思路，認為高性能是推動應(yīng)用創(chuàng)新的動力，而低成本則是推動應(yīng)用普及的基礎(chǔ)。 張雷指出：產(chǎn)業(yè)價值等于能效提升減去替換成本。這里面有兩個關(guān)鍵因素，第一個就是要支持做出高性能的器件，來明顯提升我們應(yīng)用的核心驅(qū)動力。只有把氮化鎵整個產(chǎn)業(yè)鏈的效率做的和硅接近甚至超過硅基器件產(chǎn)業(yè)鏈的效率，我們才有可能讓氮化鎵在行業(yè)里面大規(guī)模的去普及；第二個就是要降低替換成本，當舊的技術(shù)路線要替換到新的技術(shù)路線，有一系列的產(chǎn)線、設(shè)備、人員需要重新配置，這也是牽涉到大量的時間和機會成本。因此，只有當能效提高的價值大于它替換成本的時候，產(chǎn)業(yè)鏈廠家才有替換的動力。 高性能和低成本是推動產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的兩條腿。這兩個問題解決后，如何來提升氮化鎵的品質(zhì)及效益呢? 從行業(yè)的解決方案來看，為了充分發(fā)掘技術(shù)潛力、提升產(chǎn)品品質(zhì)、以及推動成本下降，氮化鎵主要企業(yè)都采用了IDM的發(fā)展模式。目前，中國氮化鎵代表企業(yè)每月產(chǎn)能在2000-15000片不等。其中，氮化鎵光電龍頭三安光電的硅基氮化鎵產(chǎn)能約為2,000片/月，擴產(chǎn)后將翻倍達到4000片/月。氮化鎵功率器件龍頭英諾賽科目前的8英寸產(chǎn)能為15000片/月，擴充后預計到2025年公司珠海和蘇州兩大基地的產(chǎn)能將由現(xiàn)在的15000片/月提升到70000片/月。 產(chǎn)業(yè)效率革命=高良率x IDM整合 x高研發(fā)效率 x設(shè)備降本 x 快速應(yīng)用驗證。只有從第一性原理出發(fā)，通過全流程IDM集成的方式，減少研發(fā)、外延生長、流片、制造、封測過程中的時間成本和經(jīng)濟成本的損耗，才能最終實現(xiàn)匹敵于硅器件的產(chǎn)業(yè)鏈效益。 張雷說道，作為一家走IDM模式的氮化鎵公司，譽鴻錦在短短1.5年的時間內(nèi)，完成了從設(shè)備、外延、設(shè)計、制造、封裝測試的自主全流程IDM工廠搭建，研發(fā)周期和建線成本較行業(yè)減少2/3，從外延到器件制造只需要7天周期。同時，目前公司中試線已的產(chǎn)能已經(jīng)達到1.5萬片/月，并且良率高達85%，在業(yè)內(nèi)可謂是創(chuàng)下了一系列難以復制的發(fā)展速度。 而在產(chǎn)品方面，作為一家成立僅不到3年的初創(chuàng)公司，譽鴻錦目前已經(jīng)向市場推出了100/150V、650V、900V、1200V全功率段的氮化鎵MOSFET器件，在性能上可以對標甚至超越納微、PI等頭部大廠的產(chǎn)品，能應(yīng)用于射頻、光電、電機驅(qū)動及儲能逆逆變器等多個電力電子領(lǐng)域。 資料來源:譽鴻錦 張雷指出：譽鴻錦是業(yè)內(nèi)少有的具備氮化鎵光電、氮化鎵射頻以及氮化鎵功率器件三大產(chǎn)品線研發(fā)及量產(chǎn)能力的公司。我們不僅已經(jīng)在100V/150V的低壓MOSFET產(chǎn)品上實現(xiàn)了量產(chǎn)，而且在中壓主流的650V/900V的氮化鎵MOSFET產(chǎn)品上，我們也已經(jīng)實現(xiàn)了批量出貨?，F(xiàn)在，我們也在抓緊布局中高壓的產(chǎn)品線，預計1200V的氮化鎵MOSFET在今年第四季度就可以送樣，而1700V的氮化鎵器件也會在明年年初即將會推出。 值得一提的是，除了GaN MOSFET外，近日譽鴻錦也率先在業(yè)內(nèi)發(fā)布了電壓為50V/100V的D100C03、D100C05、D050C30 3款氮化鎵SBD器件產(chǎn)品。和傳統(tǒng)SBD的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品相比，譽鴻錦的產(chǎn)品由于采用全垂直結(jié)構(gòu)的設(shè)計，具有開啟電壓低、損耗小、導通電阻率小、成本低、溫漂小、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。 譽鴻錦全垂直結(jié)構(gòu)GaN功率二極管VS傳統(tǒng)二極管比較情況 資料來源：譽鴻錦 與國際頭部友商相比，譽鴻錦的氮化鎵器件成本可以做到其價格的幾分之一，并且在性能上完全不輸給他們。因此，雖然公司的知名度沒有業(yè)內(nèi)頭部廠商高，但我們的產(chǎn)品一上市后也取得了不錯的反響。憑借較好的口碑，目前公司的SBD、MOSFET、HEMT等產(chǎn)品已經(jīng)積累了上百個成功案例，主要客戶包含浪潮、科大訊飛、星網(wǎng)銳捷、英業(yè)達、臺達、孚能科技、大族機器人等。 張雷介紹道。 展望未來，張雷表示：譽鴻錦半導體的初心是用化合物半導體改變每個人的生活。因此，我們也在加緊產(chǎn)能的擴產(chǎn)，預期二期線建成投產(chǎn)后，產(chǎn)能將會從現(xiàn)在的1.5萬片/月上升到25萬片/月，屆時公司可能成為全球最大的氮化鎵IDM廠商。此外，為進一步推進GaN產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，譽鴻錦未來將以Super IDM產(chǎn)業(yè)集群為發(fā)展目標（即Super IDM產(chǎn)業(yè)集群 = 上游設(shè)備材料+IDM+終端技術(shù)應(yīng)用+零售服務(wù)的生態(tài)鏈體系），基于該產(chǎn)業(yè)集群的深度耦合，以實現(xiàn)上游設(shè)備自主可控/成本下降，中游IDM環(huán)節(jié)極致效率，以及下游應(yīng)用終端快速導入和批量驗證，最終推動氮化鎵快速普及產(chǎn)業(yè)目標的實現(xiàn)。
