化合物半导体代工风云再起

2019-11-25 10:07:05 来源:齐海新闻

化合物半导体主要指第二代和第三代半导体材料和工艺。领先制造商的生产能力已进入满负荷周期,为中国内地的化合物半导体制造商带来商机。这主要是因为化合物半导体面向射频、高压、大功率、光电子等应用领域。台湾的

随着对各种高频和高功率应用需求的增加,化合物半导体的市场规模不断扩大。越来越多的实践者和资本都在关注相应芯片的设计和制造,发展前景广阔。

化合物半导体主要指第二代和第三代半导体材料和工艺。第二代是砷化镓(gaas)和磷化铟(inp)。与第一代半导体材料(主要是硅)相比,它们具有高电子迁移率和高光电转换效率的优点,非常适合制造光电和射频器件。手机的普及推动了砷化镓功率放大器(pa)的稳步增长,并迎来了第二代半导体材料的成熟。gaas是目前和将来用于射频器件,特别是移动设备如移动电话的pa的主要半导体材料。

第三代化合物半导体是以碳化硅(sic)和氮化镓(gan)为代表的宽带隙半导体,具有可见光波段发光特性、高击穿场强、高功率特性、耐高温和高抗辐射的优点,可应用于光电器件、微波通信和高功率器件。

因此,一般来说,化合物半导体材料主要指砷化镓、碳化硅和氮化镓,其中砷化镓占据主要市场份额(约100亿美元);Gan更适合高功率和高频应用。这是一项不断发展的技术。目前,市场规模相对较小,但发展前景广阔。然而,碳化硅由于其高功率特性,在汽车和工业电力电子领域具有明显的优势。

砷化镓的黄金时代

随着5g的大规模建设,砷化镓器件的市场需求日益强劲。根据technavio的统计,全球gaas晶圆市场将在2018年达到9.4亿美元,2019年达到10.49亿美元。预计2021年市场将达到12.69亿美元。

如下图所示,在射频器件领域,目前ldmos、gaas和gan之间差别不大。然而,根据yole development的预测,gaas市场份额到2025年将基本保持不变,gan有望取代大部分ldmos份额,占据射频器件市场的50%左右。

可以看出,gaas是现在和未来市场的主力军,正处于黄金时代。

代工业务比重稳步上升

在制造和合同制造层面,目前,以当前主流公认会计准则为例,领先企业仍以idm模式为主。制造商包括美国的skyworks、qorvo、broadcom/avago和cree以及德国的英飞凌。除了芯片设计,Avago和skyworks还有自己的工厂。当自身产能不足时,他们会将一些订单移交给台湾在中国的工厂。avago的合同制造商是毛文,skyworks的合同制造商是洪杰技术公司,qorvo有足够的生产能力,主要生产自己的产品,还提供合同制造服务。

同时,化合物半导体产业的铸造模式也在不断强化。与idm相比,铸造厂的比例持续增加。去年,avago卖掉了科罗拉多州的工厂,赢得了中国台湾领先的gaas合同制造商。avago持有Win 1.85亿美元的股份,成为其第三大股东。在未来,avago将承包其所有hbt产品。目前,万戈的主要客户是avago、murata、skyworks、紫光展锐和anadgics。

代工业务的发展很大程度上是由于砷化镓技术和市场的成熟发展,特别是其基板和器件技术的不断标准化、产品多样化以及相应设计企业的增加,导致对代工业务的需求不断增加。这类似于逻辑器件生成行业的发展轨迹。

目前,全球砷化镓晶片合同制造主要集中在中国台湾地区和美国。固件、通用和awsc占全球市场份额的90%。他们的主要客户是idm大型工厂,如avago和skyworks,这也表明idm产能外包已经成为一种趋势,化合物半导体合同制造市场正在快速增长。

图:全球砷化镓晶片铸造市场份额(来源:战略分析)

由于化合物半导体在结构、成分和缺陷方面难以制造硅片,世界上没有多少企业能够提供高水平的合同制造。只有少数企业如固件、洪杰技术和gcs、qorvo能够提供大规模的合同制造服务。

今年,5g开始进入批量生产阶段。高性能射频和功率器件的相应订单大幅增加。对订单的过高预期使该行业领导者逐渐失去生产能力。根据战略分析统计,在全球gaas晶圆代工行业,SMO是市场领导者,拥有71%的市场份额。然而,随着5g在2020年的大规模应用,这一市场的需求将进一步增加。领先制造商的生产能力已进入满负荷周期,为中国内地的化合物半导体制造商带来商机。在国内砷化镓代工领域,玩家总数少,能够提供高水平代工业务的玩家数量更是少之又少。主要有三安光电和海特高科技等少数企业。其中,作为国内化合物半导体领域的龙头企业,三安光电(San 'an Optronics)已经建成了中国第一条6英寸砷化镓和氮化镓外延芯片生产线,并投入大规模生产。

在工艺技术方面,化合物半导体与存储器和逻辑器件非常不同,不追求非常先进的工艺节点,基本上不需要低于60纳米的工艺。这主要是因为化合物半导体面向射频、高压、大功率、光电子等应用领域。,并且不需要高级过程。

目前,砷化镓和氮化镓器件主要采用0.13μm和0.18μm以上的工艺制造。qorvo目前正在开发一种90纳米的工艺。此外,由于砷化镓和碳化硅衬底的尺寸限制,目前的生产线主要是4英寸和6英寸晶片。

台湾的双重男性

如前所述,全球化合物半导体合同制造业务主要由中国台湾地区的三代工厂、美国宏基科技(Acer Technologies)和gcs控制。特别是,在射频和功率半导体蓬勃发展的时代,该公司的业务受到越来越多的关注。

图:2019年最近几个月的稳定收入(以新台币结算)

9月16日,SMMC总经理陈国华表示,公司目前产能已满负荷。预计第四季度机器数量将会增加,以扩大生产。明年将增加5000台机器,总生产能力从36000台扩大到41000台,增长率为14%。

固件在化合物半导体行业的地位与TSMC在逻辑芯片生成行业的地位有些相似,技术先进,资金雄厚。公司老板陈金彩曾表示,他已经努力工作了十年,并将继续加大研发投资,以扩大他在化合物半导体行业的领先地位。

在技术层面,稳定的海外技术属于自己,自主性强。除了与avago有稳定的合作关系外,客户分布相对均匀,下单风险相对分散。

宏基科技(awsc)是AMC的主要竞争对手。过去,它的收入主要来自为国际数据管理工厂(如skyworks)提供的射频组件的原始设备制造商(OEM)。然而,随着时间的推移,idm工厂逐渐扩大了生产能力。因此,原本外包给洪杰科技的产能已逐渐恢复并自行生产,导致2016年至2017年洪杰科技收入大幅下降。此外,洪杰科技的技术主要来自skyworks的授权,这使得洪杰科技的收入在2014年至2015年间由于苹果iphone的热销而大幅增加,然后增长率迅速下降。

为了解决上述问题,在过去的两年里,该公司已经将收入重心转移到智能手机的vcsel和pa等原始设备制造商订单上,这成功地推动了收入的增长。2018年,其收入每年增长10.6%。

此外,随着中国半导体本地化步伐的加快,洪杰科技正积极向以华为海斯和小米为代表的内地客户寻求订单。正是抓住了这个工业机会,该公司每月生产能力为10,000件的旧工厂现在满载而归。新工厂将于6月开工建设,预计明年3月至4月完工,月生产能力为22000件。届时,两家工厂的总生产能力将达到32,000件。

除了台湾的两大巨头,全球通用汽车公司(gcs)拥有全球第三大gaas原始设备制造商市场份额,仅次于SMIC和宏基科技。Gcs具有2英寸、3英寸和4英寸的gaas、inp、gan和sic晶片容量,其中4英寸容量是主要容量,提供包括磷化铟镓(ingap)异质界面双极晶体管(hbt)、磷化铟hbt、phemt、hfet、gan hemt、thz混频二极管和ipd在内的工艺技术。

中国大陆的机遇

全球化合物半导体制造业,特别是合同制造的增长势头良好,这也为国内企业提供了商机。然而,总的来说,真正能够提供相关服务的制造商并不多。最具代表性的是萨南集成和海威华信(海特高科技的子公司)。

其中,三安一体化是龙头企业。2015年3月,该公司启动了通信微电子项目(第一阶段),并为砷化镓和氮化镓芯片建造了一条6英寸的生产线。据报道,该公司的gaas制造工艺包括hbt和phemt。hbt主要用于手机、wi-fi等。phemt主要用于卫星通信和雷达等军事领域,计划月生产能力为36,000台。

2018年底,SANA发布了6英寸碳化硅晶片制造工艺的商业版本,宣布完成所有工艺鉴定测试,并将其添加到铸造服务组合中。目前,公司生产的碳化硅晶片主要用于电力电子,可以为650v、1200v及以上的肖特基势垒二极管(sbd)提供器件结构。额定电压为900伏、1200伏及以上的肖特基势垒二极管用碳化硅mosfet将很快推出。

结论

化合物半导体的制造最初是基于idm业务模式,但近年来,随着工艺技术的不断成熟,市场应用需求的增长,以及越来越多相关设计企业的进入,晶圆代工的业务需求也越来越多,这与当年逻辑器件生成行业的普及过程非常相似,具有非常广阔的发展前景。

*免责声明:这篇文章最初是作者写的。这篇文章的内容是作者的个人观点。重印半导体行业观察只是为了传达不同的观点。这并不意味着半导体行业观察同意或支持这一观点。如果您有任何异议,请联系半导体行业观察。

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