資本蜂擁第三代半導體：“直道超車”下機遇風險并存

“現(xiàn)在越來越多的企業(yè)在布局第三代半導體公司，購置相關設備都比較緊張?！苯?，一家LED供應鏈人士向21世紀經濟報道記者表示。

盡管設備搶手和供應鏈短缺大環(huán)境有關，但是第三代半導體（也稱寬禁帶半導體）市場的火熱可見一斑。在日前集邦咨詢化合物半導體新應用前瞻分析會上，集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕表示：“據我們統(tǒng)計，去年整個寬禁帶半導體（功率和射頻部分）的投資規(guī)模達到了709億，比上一年翻了一倍多?！?/p>

同時，第三代半導體應用需求也在增長，隨著碳化硅（SiC）進入新能源汽車產業(yè)鏈、氮化鎵（GaN）在快充上的規(guī)?；瘧茫谌雽w逐步進入消費端和工業(yè)端，在功率半導體領域嶄露頭角。

值得一提的是，碳中和相關政策正持續(xù)對第三代半導體發(fā)展帶來東風，由于碳化硅和氮化鎵都有助于提升能效，企業(yè)的投入意愿也在增強。12月8日，國家發(fā)改委等四部門印發(fā)的新方案提出，到2025年，數(shù)據中心和5G基本形成綠色集約的一體化運行格局。根據天風證券的測算，若全球采用硅芯片器件的數(shù)據中心都升級為氮化鎵功率芯片器件，將減少30%-40%的能源浪費。而氮化鎵目前已經在5G基站中使用，并且不少企業(yè)正在布局數(shù)據中心的氮化鎵電源產品。

眼下，第三代半導體正迎來黃金發(fā)展期，但同時也需要注意，產業(yè)仍處在初級階段，整體規(guī)模較小，眾多企業(yè)涌入，更要關注實際的市場需求。

國內探索“直道超車” 未來5年進入整合期

從產業(yè)鏈看，第三代半導體主要有襯底、外延、設計、制造、封測、應用等環(huán)節(jié)，目前國外的半導體公司仍占據核心地位，而面對確定的市場前景，國內的企業(yè)也蜂擁而至。

其中，LED產業(yè)集群是一支重要力量，因為在照明、顯示等光電器件中，原本就需要使用氮化鎵等材料，所以三安光電、華燦光電等企業(yè)已經具備材料和工藝的基礎，以及相關生產的經驗，這是他們的優(yōu)勢。當然光電器件和功率IC之間的工藝差異明顯，IC技術難度升級，產線拓展也存在著挑戰(zhàn)。

對于氮化鎵的布局，華燦光電副總裁王江波向21世紀經濟報道記者表示：“2020年華燦光電募集約3億元投向GaN電力電子器件領域。電子電力器件與公司深耕的光電領域應用市場有所不同，但材料體系相似，工藝制備方面有一定相通之處，電力電子器件產品工藝段更為復雜，線寬控制和設備的要求更高。目前6英寸硅基GaN 電力電子器件工藝已通線，預計2022年推出650V cascode產品，2023年具備批量生產和代工能力?！?/p>

在未來的產品規(guī)劃上，王江波表示，華燦光電不僅僅針對快充領域，也會面向數(shù)據中心，電動汽車、通訊等領域布局。

對于華燦光電而言，切入第三代半導體一方面是產業(yè)的橫向拓展，另一方面也符合公司探索高端化的路線；再看三安光電，版圖更加完善，除了氮化鎵產線，今年長沙的碳化硅全產業(yè)鏈生產線一期投產。

LED之外，擁有功率半導體經驗的企業(yè)們也在加速布局，比如聞泰科技，在氮化鎵功率器件領域頻頻落子并出貨，旗下安世半導體也和汽車企業(yè)進行合作。國內功率半導體龍頭華潤微積極布局第三代半導體，已有碳化硅產品量產，也研發(fā)了氮化鎵器件。制造領域，以北方華創(chuàng)、中微為代表的設備廠商也迎來第三代半導體的增量市場。

同時，諸多專注于做第三代半導體的國內公司也在成長中，比如氮化鎵功率芯片領域迅速增長的英諾賽科；碳化硅領域的基本半導體、天科合達、天岳先進、同光晶體等等，并且聚焦在襯底環(huán)節(jié)的企業(yè)尤其多。

和國外相比，國內企業(yè)仍存在差距，龔瑞驕告訴記者：“第一個是碳化硅的襯底，海外目前是6英寸轉8英寸，國內現(xiàn)在是4英寸轉6英寸，有很大差距；另一個海外商用碳化硅使用了MOS管，而國內還在使用二極管。”

有業(yè)內人士指出，碳化硅在中國100多個項目，幾乎沒有做車規(guī)級的，因為行業(yè)門檻很高，車規(guī)級和工業(yè)級、消費級相比，做可靠性實驗的時間完全不一樣，不是一個數(shù)量級，其表示：“消費級只需要幾十小時，工業(yè)級要幾百小時，而車規(guī)級要幾千小時，因為坐上車，最重要的是安全，一個車廠要采用一個車規(guī)級的器件沒有三五年是不行的。雖然國內的汽車廠也有跟一些企業(yè)合作，但是要長期合作，國內的車廠采用的車規(guī)級的進口的器件、芯片都存在供應緊張的問題。現(xiàn)在國內車廠的國產化有巨大的空間，我們首先要和國外的車規(guī)級芯片、器件做到同等水平，在此基礎上再去發(fā)展新的創(chuàng)新?！?/p>

在近年的科技博弈中，國內對半導體產業(yè)關注空前，第三代半導體也被視為彎道超車的一個方向，對此，上述業(yè)內人士談道：“其實在彎道的時候跑快了容易摔跤，正確的做法是在直線的時候超車?，F(xiàn)在國內是遍地的游擊隊，要直線超車就要打造軍團，海外也是這么一個過程，有了資本的支持，可以把這些游擊隊整合起來，去實現(xiàn)直線超車。所以未來5年，我預測是一個整合的過程?！?/p>

碳化硅整合 氮化鎵起步

雖然相比硅市場，第三代半導體的市場份額還很小，現(xiàn)在主要聚焦在功率半導體等領域，但是增長空間巨大。

龔瑞驕談道，受益于新能源革命，下游的光伏、儲能、新能源汽車以及工業(yè)自動化的爆發(fā)，功率半導體行業(yè)迎來了新的高景氣周期，“整個功率半導體、分離器件和模塊的市場規(guī)模將從2020年的204億美元增長到2025年的274億美元，寬禁帶半導體的市場規(guī)模將從2020年的不到5%達到2025年的接近17%?！?/p>

第三代半導體材料目前產業(yè)化主要集中在碳化硅和氮化鎵兩個方向，其中碳化硅應用已有十多年，產業(yè)化更加成熟。

“我們預測全球的SiC功率市場規(guī)模將從2020年的6.8億美元增長到2025年的33.9億美元，其中新能源汽車將成為最主要的驅動力，SiC將在主逆變器、OBC、DCDC中取得主要的應用，另外在車外的充電樁和光伏儲能領域有很大的應用。在這兩年光伏儲能領域SiC會有加速的滲透，當然它和汽車市場還是遠遠不能比?！饼徣痱湻治龅?。

在全球碳化硅市場上，科銳、意法半導體、英飛凌、羅姆等一線廠商持續(xù)加碼，并進入到產業(yè)鏈一體化競爭的過程中。龔瑞驕談道：“英飛凌、羅姆等等廠商都在向上游延伸，涉及材料領域，特別是對SiC襯底的爭奪。主要是基于以下兩點原因，第一是因為SiC襯底的高產品附加值，第二是因為SiC襯底的技術制程非常復雜，它的晶體生長非常緩慢，也成為SiC晶圓產能的關鍵制約點。未來我們認為取得一個SiC襯底的資源也會成為進入下一代電動車功率器件的入場門票?！?/p>

再看近年來興起的氮化鎵市場，基于快充市場而崛起，這個賽道上既有納微半導體等新興企業(yè)，也有PI等老牌公司。龔瑞驕表示：“GaN的市場還處于一個初期階段，目前在消費市場快速起量，蘋果今年推出了140瓦的GaN快充，我們也認為GaN確實需要從消費電子做一個過渡，反復驗證它的可靠性，然后建立一個產能和生態(tài)的格局，方便以后推向工業(yè)級以及車規(guī)級。另外GaN整個市場規(guī)模將會從2020年的4800萬美元增長到2025年的13.2億美元。除了消費電子，我們認為它會有很大應用的產品是新能源汽車、電信以及數(shù)據中心?！?/p>

在他看來，隨著集成度的提升，氮化鎵還是IDM和垂直分工并存。IDM中，除了英諾賽科等極少數(shù)的初創(chuàng)企業(yè)，都是以傳統(tǒng)大廠為主；在垂直分工領域基本上都是初創(chuàng)企業(yè)，也成為行業(yè)關鍵的推動力。

不難看出，近5年內，第三代半導體規(guī)模將迎來數(shù)倍的擴張，這也體現(xiàn)在設備需求的增長上。設備龍頭AIXTRON（愛思強）副總經理方子文向21世紀經濟報道記者表示：“不少客戶在積極擴產，整體來看，市場上第三代半導體等材料明確增長，其中氮化鉀、碳化硅，還有磷化銦三種材料增長最為明顯?！?/p>

此外，方子文還談道，由于受到全球產業(yè)鏈短缺的影響，目前相關設備的交付周期從6個月延長至8-9個月左右，但是設備廠商整體產能充足。

成本、良率、需求的多重挑戰(zhàn)

碳化硅有了十多年的應用發(fā)展，相比氮化鎵更為成熟，在和硅的競爭中，由于器件本身的特性，碳化硅替代的工藝更方便，相對而言氮化鎵難度更大。但是就在近兩三年，氮化鎵在快充這一賽道得到了驗證，650伏快充這一消費級市場起來后，產業(yè)迅速開始規(guī)模化，而不論良率提升還是成本下降都需要規(guī)?；瘉磉M行正循環(huán)。

由于硅工藝已經非常成熟，在單個芯片成本上具有優(yōu)勢，據了解，碳化硅或氮化鎵的單個器件可以高達硅的4倍?！皬钠噥碚f，單個的成本可能高到兩倍左右，但是（碳化硅）降低了系統(tǒng)性成本，比如應用到汽車上可以減輕汽車相關組件的體積，提高效率，進而就可以縮小電池成本，所以從整車系統(tǒng)看，成本還是下降的。”龔瑞驕向記者舉例道。

但是對于第三代半導體企業(yè)而言，依然面臨成本的挑戰(zhàn)，產業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)也在想方設法降本增效、提升良率，多位從業(yè)者向21世紀經濟報道記者表示，隨著量產推進，成本將會快速下降。

其中，設備商扮演著重要角色，“產業(yè)發(fā)展起來，最關鍵的就是要節(jié)省成本，（碳化硅領域）今天相比競爭對手，愛思強有10%到15%的成本優(yōu)勢，我們預計在2023年還可以繼續(xù)下降25%左右的成本，”方子文談道，“在氮化鎵領域，我們的生產成本到2023年會持續(xù)下降20%到30%左右，我們的產能也會提升20%到30%左右?！?/p>

這又和自動化產線息息相關，眾所周知硅芯片產線自動化程度已經非常高，產線上人力要素減少，可以全年無休運轉，第三代半導體也將經歷這一進化過程。方子文回顧道：“8年前就有客戶表示，氮化鎵材料非常好，但是沒法用，因為當時產線還處在手工作坊的做法。所以他們對我們提出了設備自動化的要求，這樣才能和現(xiàn)有的器件在工藝流程上進行競爭。于是我們很早期的時候就進行了氮化鎵設備的研發(fā)，之后快充市場爆發(fā)，市場崛起?！?/p>

導入全自動化的生產模式后，第三代半導體能以更低的成本進入市場，在方子文看來，第三代半導體SiC和GaN是一個非常大的市場，在和硅直接做競爭，這需要產業(yè)鏈上下游的配合，從Performance，到放量、終端客戶驗證都需要很好的配合，才能讓SiC、GaN最終走量，進入產業(yè)化的進程。

在不少業(yè)內人士看來，第三代半導體在技術層面并沒有太大瓶頸，國內外的實驗室能夠進行技術攻關，但是最關鍵的在于量產，這就涉及團隊的生產經驗、人才構成等因素。

生產之外，第三代半導體企業(yè)還面對著盈利、需求的考驗，有產業(yè)鏈人士向記者表示：“功率器件生意很難做，有時甚至要倒貼。比如在不少商務合同中，如果出現(xiàn)產品賠償?shù)膯栴}，功率器件企業(yè)還需要賠償客戶損失的利潤，而非器件本身的成本，因此前端承受的風險較大，一些投資機構開始會優(yōu)先選擇封裝環(huán)節(jié)企業(yè)來降低風險。”

因此，多位半導體資深人士也向記者談道，對于新晉企業(yè)，一定要緊貼市場需求，不能只是投資驅動發(fā)展，更需要明確出?？?，進行差異化的產業(yè)競爭。

（作者：倪雨晴 編輯：林虹）