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e星球:第三代半导体材料高速增长下,看中国力量如何加速“国产替代”

2019-9-6 16:19 来源: 科技快报网 IT资讯

“5G版华为Mate 20X竟然支持蓝牙5.0!”

作为国内首款发售的5G手机之一,不少用户注意到:华为Mate 20X 5G版在去年4G版基础上替换了无线芯片,支持的蓝牙标准从4.2升级到5.0。究其原因,主要得益于华为舍弃博通BCM4359启用自研海思Hi1103芯片。更深层次来看,此举透露出华为无奈的同时却也预示着中国力量正逐渐崛起!


在近年来中美贸易摩擦升级的大背景下,我国不断加强掌握核心技术、加大自主创新的力度和决心,本土半导体企业也正加速“国产替代”。作为中国电子行业的优质展会,2020年e星球聚焦“中国力量”,届时E4主馆将汇聚众多优秀国产品牌,集中展示我国在半导体领域的强音科技

半导体“皇冠上的明珠”,GaN、SiC助推国产崛起

由于起步较晚,过去数十年中国大陆半导体一直处于追赶欧美日韩的状态。伴随着国家相关政策的出台和地方政府的扶持,本土半导体企业不断努力缩短这段差距。与此同时,随着第三代半导体材料在近年来展露出广阔的前景,让我国本土企业看到了做大做强、加速“国产替代”的契机。

作为半导体产业发展的基础,第三代半导体材料因具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等优秀特质而前景广阔。而SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)无疑是半导体产业皇冠上最耀眼的两颗明珠,尤其在行业对半导体器件微型化、导热性的要求越来高的情况下,以SiC和GaN为代表的第三代半导体材料的市场需求随之“水涨船高”。

图源:ofweek

不过由于两种材料属性有所差异,SiC和GaN在半导体行业实际应用领域有所差异。比如,GaN材料的功率密度是现有GaAs器件的10倍,被视为制造微波器件的理想材料;而SiC则适用于高压、高温、强辐照等恶劣条件下的电子系统,起到抵抗极端环境和降低能耗的作用。

电动汽车蓬勃发展,SiC应用前景广阔

在市场需求和技术革新的双重推动下,近年来不断增长的电动汽车行业对电子器件提出了更高的要求。

比如,电动汽车的电动模块中电动机是有源负载,且在行驶过程中需要频繁地加速和减速,工作条件比一般的调速系统复杂。而如果采用碳化硅功率器件则可有效提高其驱动系统,则能够获得更高的击穿电压、更低的开启电阻、更大的热导率以及能在更高温度下稳定工作,大幅提升电动汽车轻量化水平。

需要指出的是,SiC的性能毋庸置疑但成本比硅产品更高。在相同特性、相同电压、相同使用条件的情况下,大约会比硅产品贵5~6倍。当前之所以能够被电动汽车行业接纳,除了自身优秀的性能之外汽车行业对价格不明感也是主要原因之一。

从产业格局来看,目前全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。具体到SiC应用于电动汽车方面,SiC肖特基二极管器件已经广泛应用于高端电源市场,包括PFC、光伏逆变器和高端家电变频器。以科锐、英飞凌、罗姆等为代表的半导体SiC巨头,逐步推出SiC金属一氧化物半导体场效应晶体管、双极结型晶体管、结型场效应管和绝缘栅双极型晶体管等产品。

尽管我国开展SiC材料和器件方面的研究工作较晚,但仍有部分企业在产业化方面初具规模。国内比亚迪就在SiC方面进行积极布局,并投入巨资入局第三代半导体材料SiC。目前,比亚迪己经成功研发了SiC MOSFET,包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT、MOSFET等。预计到2023年,比亚迪将在旗下的电动车中实现SiC基车用功率半导体对硅基IUBT的全面替代。

泰科天润半导体是我国SiC功率器件产业化的倡导者之一,同时也是国内首家第三代半导体材料碳化硅器件制造与应用解决方案提供商。公司旗下产品线涉及基础核心技术产品、碳化硅成型产品以及多套行业解决方案,基础核心产品以碳化硅肖特基二极管为代表。其中,600V/5A~50A、1200V/5A~50A和1700V/10A等系列的碳化硅肖特基二极管产品已投入批量生产,品质达到比肩国际同行业的先进水平。

今年早些时候,三峡建信、广发乾和和拓金资本完成对泰科天润近亿元的C轮投资。几家资本大力进入碳化硅产业,与泰科天润一同推动国产碳化硅功率器件在工业各领域的进程,加快碳化硅功率器件的产业化步伐。

除此之外,基本半导体扬杰科技也是国内SiC功率器件产业的佼佼者。前者于今年初正式发布了国内首款拥有自主知识产权的工业级碳化硅MOSFET,产品各项性能达到国际领先水平,目前公司正不断提速车规级碳化硅功率器件的研发和测试;后者作为功率器件领域的后起之秀,依托“内生+外延”的发展路径,持续推进第三代宽禁带半导体碳化硅项目的研发及产业化。值得一提的是,这些企业都将以展商的身份悉数亮相2020慕尼黑上海电子展,期待他们带来的SiC领域的最新技术资讯吧!

国内5G需求渐涨,GaN功率器件迎转机

今年6月6日,工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放5G商用牌照,标志着我国正式步入5G商用元年。由于5G频谱高、基站覆盖面变小,因此5G建设需要更多的小基站才能消除盲区。通讯频段向高频迁移、基站数量激增,两大诱因之下GaN器件在5G时代的发展前景被市场普遍看好。

据拓??产业研究院预测,2019-2020年5G网络的实施将接棒推动GaN市场增长。以GaN放大器为例,预计2019年中国基站端GaN放大器将同比增长71.4%,在可预见的2020年5G建设将迎来爆发,基站端GaN放大器市场规模达32.7亿元。预计到2023年基站端GaN放大器市场规模达121.7亿元。


事实上,GaN毫米波器件的确契合5G通讯的需求:在5G毫米波应用上,GaN的高功率密度特性在实现相同覆盖条件及用户追踪功能下,可有效减少收发通道数及整体方案的尺寸。凭借GaN毫米波器件的优势,它能够在高性能无线解决方案中发挥关键作用。

当前,全球基站端射频器件的供应商以IDM企业为主,主要有住友电工SEDI 、Infineon、Wolfspeed、Qorvo、MACOM、Ampleon和RFHIC等。其中,住友电工和Cree是全球GaN射频器件行业的龙头企业,市场占有率均超过30%,其次为Qorvo和MACOM。

除了实力强劲的欧美日韩半导体企业之外,在GaN领域也不乏表现突出的国产玩家,中晶半导体正是其中之一。该公司成立于2010年,主要以HVPE设备等系列精密半导体设备制造技术为支撑,以GaN衬底为基础重点发展Mini/MicroLED外延、芯片技术。同时,中晶半导体以GaN衬底材料技术为基础,孵化VCSEL、电力电子器件、化合物半导体射频器件、车灯封装模组、激光器封装模组等国际前沿技术,并进行全球产业布局。

三安集成成立于2014年,其母公司三安光电是一家LED外延芯片龙头企业。三安集成是涵盖微波射频、高功率电力电子、光通讯等领域的化合物半导体制造平台,具备衬底材料、外延生长、以及芯片制造的产业整合能力,拥有大规模、先进制程能力的 MOCVD 外延生长制造线。

今年3月底,美的集团宣布与三安集成电路战略合作,双方将共同成立“第三代半导体联合实验室”,共同推动第三代半导体功率器件的创新发展,加快国产半导体器件导入白色家电行业。目前,三安集成已小批量生产砷化镓、氮化镓和碳化硅产品,并陆续投用市场。

当前我国5G处于世界领先水平,对于本土半导体企业而言亦是一次契机。以GaN功率器件为突破口,抓住我国5G建设窗口给企业提供的巨大机遇,联合产业链上下游一同突破,争取在未来5G真正到来之际占据一席之地。尽管赶超欧美日韩并非一朝一夕之功,但千里之行始于足下,目前我们已然看到了“星星之火”。

除了上述提到的5G领域外,自驾车光达(LiDAR)、资料中心伺服器、电动车以及电源供应等,亦是GaN功率半导体极具潜力的应用领域。不过需要指出的是,和硅功率半导体高达328亿美元的产值比起来,当前的GaN功率市场规模仍不免偏小。

2020慕尼黑上海电子展来袭,聚焦新材料半导体功率器件

作为亚太区最具影响的专业电子展览会,我们有望在明年3月举办的2020慕尼黑上海电子展看到有关第三代半导体材料功率器件的讨论,以及在更多行业内的具体产品和应用场景。

下一届慕尼黑上海电子展将于2020年3月18-20日上海新国际博览中心举办,联合同期的慕尼黑上海电子生产设备展,届时展示规模将扩展至11个展馆,预计将达到100,000平方米。此次展会提出“融合创新,智引未来”的口号,为企业打造新技术、新应用解决方案展示平台,激发行业的创新灵感。

与此同时,展会同期将举办国际电力电子创新论坛国际电动车创新发展论坛。两大论坛汇集了Infineon、Broadcom、Rohm、三菱电机、万国半导体等元器件厂商及科研高校专家,从不同应用场景探讨及展示第三代半导体材料功率器件的技术与应用。

结语

汽车电子、5G通讯和物联网被认为是下一波拉动半导体产业发展的三驾马车,对于国内半导体产业和企业而言其潜藏的机遇与挑战不言而喻。尽管距离国际巨头还有一定差距,但“不积跬步无以至千里”,我们已然看到半导体芯片国产化的曙光。不过我们也应当正视,我国在电路设计、装备和材料等环节仍处于弱势地位。

在中美贸摩擦升级的大背景下,在半导体行业各个领域中国本土企业正积极迈进,展现中国力量、加快“国产替代”进程。这些代表着中国力量的优秀企业将登陆2020年慕尼黑上海电子展,展出其创新的产品与技术解决方案。

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此外,首届慕尼黑华南电子展(electronica South China )也将于2020年11月3-5日在新落成的深圳国际会展中心(宝安新馆)精彩亮相。展会将立足粤港澳大湾区,辐射华南、西南及东南亚市场,为电子行业搭建高品质的全产业链创新展示平台。

2020年3月18-20日,上海新国际博览中心,慕尼黑上海电子展(electronica China)带您进入“融合创新”的新世界。下一届展位预订通道已开启,近八成的展位已被预订,展商数量已突破1400家。点击下方链接,一起加入慕尼黑上海电子展的大家庭吧!https://jinshuju.net/f/nDlBa8

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