化合物半导体制造格局生变

来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)原创,作者:畅秋,谢谢。

本周,安森美签署了一份协议,剥离其在美国缅因州南波特兰的工厂,出售给DiodesIncorporated。Diodes计划扩大其8英寸晶圆厂产能,以支持其模拟芯片的生产。

今年2月初,安森美还完成了将位于比利时Oudenaarde的晶圆厂出售给BelGaN Group BV的交易,这是一个由投资者和高管组成的财团,BelGaN计划成为比利时6英寸和8英寸氮化镓(GaN)代工厂。

安森美这一系列动作的目的,是为了执行其fab-liter制造战略,将生产转移到该公司全球制造网络内更高效的晶圆厂,安森美可通过消除与已出售晶圆厂相关的固定成本和降低公司的制造单位成本来改善成本结构,最终目标是通过扩大毛利率实现可持续的财务业绩。

最近这些年,在全球范围内,一直在执行该策略的厂商不止安森美一家,特别是在设计、制造模拟芯片的IDM厂商当中,这种趋势特别明显,除了安森美,典型代表就是德州仪器(TI)和ADI,它们都在逐步淘汰较为落后的产能,将更多的资源和精力投入到更具成本效率的新晶圆厂(多为12英寸,也有部分8英寸的)。

以上被出售的晶圆厂大多较为古老,虽然在生产12英寸硅基芯片方面不具备成本优势,但其用于生产化合物半导体(多为4英寸和6英寸晶圆),还是不错的选择。因此,我们看到,无论是安森美,还是TI、ADI,出售的晶圆厂当中,有相当一部分被买家用于生产化合物半导体芯片,而且,这些买家当中,还有相当一部分是代工厂。

化合物半导体芯片制造本来是以IDM为主的,代工厂所占市场份额较小,但随着化合物半导体在射频和功率半导体应用当中的重要性愈加凸出,再加上射频和功率半导体芯片供不应求的市场状态,代工厂在化合物半导体芯片市场的地位正在提升,也越来越受到关注。

化合物半导体谁是老大?

所谓化合物半导体,是区分于以硅为代表的第一代半导体材料,而化合物半导体又可以分为第二代和第三代半导体,其中,第二代半导体材料是砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP),第三代半导体是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

近些年,SiC和GaN市场火热,关注度极高。凭借先天优势,SiC和GaN确实有良好的发展前景,特别是在高功率应用方面,会是将来的主流。不过,就整个化合物半导体应用市场而言,无论是当下,还是可预见的未来,以GaAs为代表的第二代化合物半导体仍是市场的主导力量,SiC和GaN的总体市占率依然是一小部分。

之所以这么说,首先得从GaAs 和InP的应用谈起。

与硅相比,GaAs最大的优势在于工作温度高(最高可以到摄氏350度左右)、耐热、抗辐射、发光效率也很高,基于这样的特性,GaAs主要用于三个领域:射频(RF),约占47%,发光二极管(LED ),约占42%、激光二极管(LD),约占10%。

5G时代,GaAs仍将主导智能手机PA(射频功率放大器)市场。据Yole Development统计,2019年RF市场就占据了整体GaAs半导体市场总量的33%,并贡献了37%的产值,而随着5G手机越来越普及,手机中的PA数量和单价,都比4G时代大幅增长。

据Yole Development统计,2019年,RF占GaAs 晶圆市场总量的33%和市场价值的37%,占GaAs外延片市场的 67%。5G 时代 sub6GHz 频段中,GaAs HBT 仍是 PA 的最重要的技术;5G 新增毫米波频段,GaAs pHEMT 则为重要的技术路线。总之,手机PA的这块大蛋糕在未来还是GaAs的天下。

未来,VCSEL(垂直共振腔面射型激光,Vertical Cavity Surface Emitting Laser)具有很大的发展空间,当下,其在苹果手机中的应用就很成功,主要用于人脸辨识。VCSEL具有较小的原场发散角、调制频率高且易于实现大规模阵列及光电集成等优点,广泛应用于光通信、3D传感、面部识别、车载激光雷达等场景,且短期内不易被其他技术取代。随着手机3D面部感应渗透率提高,以及大容量光纤通信激光器的需求拉动,全球VCSEL的市场规模将从2020年的11亿美元,增长至2025年的27亿美元。因此,以VCSEL为代表的光电子领域将成为GaAs市场主要的成长动力。

总体规模方面,据集邦咨询统计,2020年全球 GaAs 射频器件市场规模为 65.80 亿美元,前瞻产业研究院预计,2019-2024 年,中国GaAs 元器件市场 CAGR 在 15%左右,增速高于全球市场同期增速,中国市场规模占全球比重将进一步提升。到 2024 年,中国 GaAs 元器件市场规模将达到551.3 亿元。

InP的最大优势在于拥有比GaAs更高的功率密度,这个化合物特性使得InP在5G毫米波频段、B5G(Beyond 5G ) 次太赫兹(THz)频段运用效果更胜GaAs,也是市场上普遍认同有潜力成为未来功率放大器的热门技术选项。

总之,从当下和未来化合物半导体市场总量来看,GaAs和InP依然占据绝大部分,而SiC和GaN则会在高功率应用领域逐步扩大占有率。

化合物半导体代工蒸蒸日上

化合物半导体行业整体规模较小,非标准化程度高,因此由IDM主导。一直以来,GaAs射频器件市场主要由IDM厂Skyworks、Qorvo、博通等占据,市场份额合计约为70%。近些年,而这些IDM大厂的扩产步伐趋于谨慎,选择将毛利率较低的4G产品外包给相关专业代工厂,将更多资源用于高毛利产品,而在近两年全球缺芯的大背景下,由于产能满载,这些大IDM也在将越来越多的5G订单外包出去。这就为化合物半导体代工厂商创造了更多机会。

GaAs代工市场规模约占全球GaAs器件市场的10%,其中,稳懋、环宇和宏捷科就占据着约90%的市场份额,而龙头企业稳懋市占率超过70%。截至2020年三季度,稳懋月产能达到 4.1万片。

在GaAs产业中,随着产业逐渐走向成熟,以及市场规模增大,代工厂在市场中的占比在逐渐提高,特别是2013-2019年,GaAs器件代工比例逐渐提升,从2014年的7.5%,提升至2019年的10.3%。

近些年,针对快速长的代工需求,GaAs代工厂都在大举扩产。2021年,稳懋、宏捷科、全新等代工厂全面启动扩产计划,新产能将在2022、2023年陆续开出。

稳懋正规划全台南北大扩产,除南科厂按进度盖新厂,预计三年后产能三级跳外,北区龟山C厂新产能将在2022下半年开出。目前,稳懋月产能约4.1万片,龟山C厂将扩产一成,约当每月产能新增3000至5000片,新产能开出后,稳懋月产能将从4.1万扩大为4.4万至4.6万片。稳懋还投资了南科新厂,产能是北部厂区数倍以上,南科新厂投产后,预计稳懋全台产能将从4.6万大幅度扩增至14万至15万片。

宏捷科在2021年底的月产能达到2万片,整体产能年增六成以上,2022年会持续扩产,每月产能上看2.5万片。目前,宏捷科产品以WiFi 6、物联网及4G╱5G PA为主。

就产品来看,Wi-Fi PA是除手机PA以外的第二大增长点。今年5G渗透率会加大,WiFi 6会变成主角,WiFi 6E也有机会慢慢成为主流,而WiFi 7对应技术,以稳懋为代表的各大化合物半导体代工厂也在发展。此外,VCSEL在3D感测手机中应用愈加广泛,预计NB也要加入,而车用内部传感产品、驾驶及乘客监控系统、车用LiDAR需求也很我旺盛。这样,从砷化镓到磷化铟,化合物半导体代工厂发展前景广阔。

中国大陆机会增多

随着全球射频器件、光电子等高端GaAs市场向中国大陆转移,预计到2023年,国内GaAs元器件市场规模将增长至628亿元,衬底材料市场规模增长至24.6亿。随着国内GaAs行业的快速发展,预计拥有技术优势,能够生产高端产品的公司业绩将快速增长。

本土GaAs代工业处于成长期,当下,在较为恶劣的国际半导体贸易环境下,供应链不确定性正在逐步加大,这就给中国大陆GaAs代工厂带来了更多发展机会,以前,本土的多家化合物半导体芯片Fabless多会找台湾地区的厂商代工生产,目前则将越来越多的订单转给了大陆地区的代工厂,在这一过程中,最为受益的是三安集成和威海华芯。

结语

随着技术的成熟,应用需求的发展,以及产业链的转移,以GaAs为代表的化合物半导体制造业正在发生变化,代工生产的规模和地位正在提升。这也从一个侧面体现出全球晶圆代工业整体向好的发展趋势。

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