《双碳目标下,第三代半导体迎来新机遇》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2022-05-23
  • 在国内5G通信、新能源汽车、人工智能、工业互联网、大数据、光伏等行业快速发展的大趋势下,以及“碳达峰、碳中和”绿色低碳战略不断推进,第三代半导体市场应用已逐步开启,整体竞争力也不断提升。

    具体来看,2020年底SiC与GaN市场规模已达8.5亿美元,2029年将达51亿美元,其中SiC占据超过70%份额。应用领域层面,新能源汽车需求持续增长,至2029年市场规模将超21亿美元,占比大于40%。

    尽管当前国内第三代半导体的产业规模和市场份额还较小,但是增长空间巨大,极具应用潜力,并且政策也在加码扶持。今年发布的《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中特别提出,重点实现“集成电路先进工艺和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等特色工艺突破”、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体,也就是第三代半导体要取得长远发展。

    “缺芯”危机仍在,恢复仍需时间

    目前来看,2021年,全球继续经历着Covid-19和集成电路短缺的洗礼,汽车半导体的产品短缺和减产尤甚。展望2022年,半导体需求将保持强劲,芯片短缺将持续到2022年底。许多供应商都在宣布增加产能,但在供需平衡需要时间。

    持续的芯片短缺也导致下游整车厂商交期延迟或者是部分停产/产品涨价的情况发生。

    在安世半导体看来,引发车用半导体产能不足的原因主要是原材料短缺和涨价,而且电动汽车需要使用比传统汽车多4到6倍的半导体器件;另外,疫情也同时刺激了全球工业(含5G)、移动、计算机和消费电子等领域的需求,造成产能的不足。

    早在全球汽车半导体的短缺出现之前,安世半导体就已经制定了大幅扩大产能的全球增长战略: 2021年7月,安世半导体收购了英国的Newport 晶圆厂使安世半导体在IGBT、模拟和化合物半导体产品线方面具备前端能力,并宣布扩建在曼彻斯特和汉堡的200 mm晶圆厂、亚洲的封装和测试工厂及全球的研发基地。这些扩产和收购举措显著提升了安世半导体符合车规级标准的产品供应能力,扩大了市场份额。

    安世半导体还在上海正式成立了中国研究院(China Design Center),为国内电动汽车、工业电子、消费电子以及新能源领域提供更加定制化及高性能的产品。

    此外,安世半导体将继续在研发和产能上的投资,施行大幅扩大产能的全球增长战略。

    持续攻坚第三代半导体技术

    OFweek维科网·电子工程注意到,当前国内的第三代半导体产业发展面临复杂的内外部环境,国际上第三代半导体企业纷纷进行产能扩张,建立技术壁垒。再加上新能源汽车、 5G等产品市场爆发,下游企业考量供应链安全、国家政策支持和资本市场活跃也为第三代半导体发展提供了很好的机遇。

    这使得诸多跨国企业纷纷加快布局,持续提升技术水平。众多半导体厂商加速布局,形成了包括衬底、外延、器件设计、流片、封装、系统在内的产业链条。汽车电子作为安世半导体的重点服务领域,自然也不过错过这次机遇。

    “一直以来,安世半导体都是高效功率氮化镓(GaN)FET的可靠供应商,同时我们扩展宽禁带产品组合,包括碳化硅(SiC)和IGBT等新技术,推动中国汽车产业和移动通信的发展,让世界变得更美好,”张鹏岗表示,“目前来看,电动汽车需要大量的功率半导体。目前,每一款新车都使用了约270款不同应用领域的安世半导体产品,比如汽车和电动汽车动力系统、汽车直流电机控制和车载充电器等。比如:我们的车规级第三代半导体GaN产品,特别针对新能源汽车电驱及高压充电系统,目前已在全球范围内与众多行业头部Tier1展开合作。”

    张鹏岗提到;“在2021年第四届中国进口博览会期间,我们与国内新能源电驱系统领导企业上海汽车电驱动联合开发的35kw三合一电驱系统,其电机控制器采用了安世半导体最新的GaN产品大幅度提升了系统效率,赋能减轻汽车电池重量及提升汽车续航里程。该方案是国内首款满足量产条件的35kw GaN电机控制器。我们将携手上海汽车电驱动一起将基于安世半导体GaN的电机控制器及系统方案推向国内外的整车及零部件合作伙伴。”

    安世半导体的持续增长不仅源自于对产品和生产设施的持续投资,更归功于懂得对优秀人才的不断培养。“我们在欧洲和亚洲大力投资,兴建制造设施,不断扩大产能。我们在全球范围内持续拓展全新的研发设计中心、广招贤士,携手精兵良将共铸辉煌。”张鹏岗如此表示。

    2021 年,安世半导体在研发领域的投资约占总营收的比例持续上升,预计将在未来升至 15%。同时,安世半导体在全球招聘更多研发工程师。目前强大的研发投入初见成效,更多新产品如 IGBT、中高压 MOSFET、Analog(模拟)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等均将在今年和未来几年逐步量产。

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    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
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    • 近年来,我国大力发展第三代半导体,在国家政策和资金支持下,各地方政府掀起了第三代半导体投资热潮,第三代半导体产业区域格局初现。 经过数年努力,我国第三代半导体产业发展版图已初步形成了京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点发展区域,北京、深圳、济南等多个城市深入布局,逐渐显现一批产业集聚区。 2020年,在5G、新基建等的发展带动下,我国第三代半导体产业更是站在风口上,迎来了更大的发展机遇,成为业界关注焦点领域。而随着多个百亿项目落地,今年国内第三代半导体产业发展版图上将有望再添多个“新高地”。 政策护航重点圈出三大集聚区 在我国第三代半导体产业的五大重点发展区域中,多个地方城市参与布局。其中,北京顺义、山东济南和深圳坪山均出台了相关政策,被划分为重点发展第三代半导体产业区域,是目前我国第三代半导体产业发展较为显著的三大集聚区。 北京顺义 据了解,第三代半导体产业是北京市高精尖产业的重要内容、顺义区确定发展的三大创新型产业集群之一,而顺义区也是国内较早重点发展第三代半导体产业的地区。 2016年1月,北京市第三代半导体材料及应用联合创新基地宣布选址顺义区,同年7月启动建设,由北京国联万众半导体科技有限公司作为基地建设和运营单位,总面积7.1万平方米。今年9月30日,第三代半导体材料及应用联合创新基地正式落成。 2017年11月,北京第三代半导体创新型产业集聚区在顺义区挂牌。当时报道称,该区预留了1000亩土地,并制定了产业规划,为第三代半导体产业集群发展创造良好条件。 为了更好地发展第三代半导体产业,顺义区出台了相关扶持政策。 2019年8月,北京顺义区政府联合中关村管委会共同出台了《关于促进中关村顺义园第三代半导体等前沿半导体产业创新发展的若干措施》。今年4月,顺义区公布《北京创新产业集群示范区(顺义)发展规划(2017—2035年)》,提及要聚集发展新能源智能汽车、第三代半导体、航空航天三大千亿级创新型产业集群。 2020年3月底,顺义区又迎来重要项目。由北京顺义科技创新集团有限公司负责建设的第三代等先进半导体产业标准化厂房开工,该项目投资4.28亿元,预计于2022年4月完工,建成后主要用于碳基数字集成电路与传感器芯片的研发及规模生产,有利于加速以第三代等先进半导体产业为主导的“高精尖”产业在顺义区集聚发展。 目前,北京顺义区已逐步形成第三代半导体产业集聚区。根据媒体报道,中关村顺义园已聚集第三代半导体企业140余家,初步形成了从装备到材料、芯片、模组、封装检测及下游应用的全产业链格局。 山东济南 山东济南以宽禁带半导体材料(亦称第三代半导体)为重点发展产业,建设济南宽禁带半导体小镇。 2018年7月,在“新动能、新机遇”宽禁带半导体产业发展论坛上,济南槐荫工业园区管委会提出建设全市首个宽禁带半导体产业特色小镇的初步设想得到与会专家的总体认可,拟将宽禁带半导体布局在济南槐荫工业园区,打造全国领先的宽禁带半导体产业聚集区。 2018年11月,山东省出台《山东省新一代信息技术产业专项规划(2018—2022年)》,其中提到:“支持济南发展以碳化硅为代表的宽禁带半导体产业,建设宽禁带半导体小镇,打造全球领先的宽禁带半导体产业高地。” 2018年12月,济南市政府印发《济南市支持宽禁带半导体产业加快发展的若干政策措施》,在各方面支持济南高新区发展宽禁带半导体产业,明确在济南槐荫经济开发区规划建设宽禁带半导体小镇,并将成立宽禁带半导体产业研究院等。 据介绍,济南宽禁带半导体小镇分近期、中期、远期三个阶段推进:近期重点建设宽禁带半导体产业起步区;中期重点建设宽禁带半导体产业拓展区;远期重点建设宽禁带半导体全产业链聚集区。2019年5月,济南宽禁带半导体产业小镇起步区项目正式开工。 上述政策的出台,为济南发展宽禁带半导体产业以及建设宽禁带半导体小镇提供了强有力的支持。2020年4月,总投资111亿元的中鸿新晶第三代半导体产业集群项目签约落户济南槐荫经济开发区,为该区宽禁带半导体产业小镇发展注入强心剂。 深圳坪山 深圳市坪山区也被“划”出来建设第三代半导体产业集聚区。 据了解,深圳市根据“十三五”规划的国际科技和产业创新中心定位,实施新一轮创新发展战略布局,将着力在核心芯片、人工智能等重点关键技术的突破。根据规划,坪山区为第三代半导体产业的优先发展区域。 2018年10月,深圳市坪山区政府正式出台《深圳市坪山区人民政府关于促进集成电路第三代半导体产业发展若干措施》,从产业资金、发展空间、企业落地和人才队伍、核心技术、产业链构建等多方面支持,为坪山区发展第三代半导体产业提供重要保障。 2018年3月,由第三代半导体产业技术创新战略联盟、基本半导体和南方科技大学等单位发起共建的深圳第三代半导体研究院正式启动。2020年6月,深圳坪山半导体产业园项目开工,该项目预计投资50亿元,将集聚第三代半导体上下游产业链,形成集聚发展态势。 目前,深圳坪山区已聚集了中芯国际、基本半导体等产业链相关企业,随着坪山半导体产业园的开工建设,相信将吸引更多相关企业、项目落户。 百亿项目加持新增三大“新高地”? 2020年,第三代半导体在国内彻底“火”了起来,各界资本、上市公司等竞相投资布局,在上述三大集聚区持续发展的同时,江西南昌、湖南长沙、安徽合肥等地亦迎来了百亿级第三代半导体项目落户,有望成为国内第三代半导体产业发展版图上的“新高地”。 湖南长沙 2020年6月,三安光电公告披露,公司与湖南长沙高新技术产业开发区管理委员会签署《项目投资建设合同》,拟在长沙成立子公司投资建设第三代半导体产业园项目。 根据公告,三安光电拟在长沙成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链,研发、生产及销售6英寸SiC导电衬底、4英寸半绝缘衬底、SiC二极管外延、SiCMOSFET外延、SiC二极管外延芯片、SiCMOSFET芯片、碳化硅器件封装二极管、碳化硅器件封装MOSFET等。 7月20日,长沙三安第三代半导体项目正式开工。项目总投资160亿元,总占地面积1000亩,主要建设具有自主知识产权的衬底(碳化硅)、外延、芯片及封装产业生产基地。 此前,天岳碳化硅材料项目、泰科天润碳化硅芯片及器件项目等已相继落户长沙。2019年7月,由清华大学等20余家科研院校、产业链企业共同组建的长沙新一代半导体研究院正式揭牌,该研究院聚焦以第三代半导体为核心的新一代半导体核心技术设备以及应用产业创新发展;与此同时,新一代半导体产业链项目投资基金联盟成立,资金规模200亿元。 2019年10月,长沙市政府出台《长沙市加快新一代半导体和集成电路产业发展若干政策》,其中重点提及要建设第三代半导体产业。 安徽合肥 2020年8月,露笑科技发布公告,公司与合肥市长丰县签署建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园战略合作框架协议,将与合肥市长丰县人民政府在合肥市长丰县共同投资建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园,包括但不限于碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产,项目投资总规模预计100亿元。 11月28日,露笑科技长丰县第三代功率半导体(碳化硅)产业园项目开工。据介绍,该项目规划总投资100亿元,占地面积88亩,主要建设第三代功率半导体(碳化硅)的设备制造、长晶生产、衬底加工、外延制作等产业链的研发和生产基地。该项目一期投资21亿元,达产后可形成年产24万片导电型碳化硅衬底片和5万片外延片的生产能力。 除了露笑科技的百亿级项目外,2020年3月,合肥产投资本其管理的语音基金与北京世纪金光半导体有限公司(简称“世纪金光”)签署投资协议并完成首期出资,世纪金光将与产投资本合作,在合肥高新区投资建设6英寸碳化硅单晶生长及加工项目。 连续引进世纪金光和露笑科技等项目,合肥市发展第三代半导体产业的野心也开始显现,期待这两大项目未来能产生良好的产业集群效应。 江西南昌 2020年11月,江西南昌经开区与康佳集团举行签约仪式,江西康佳半导体高科技产业园暨第三代化合物半导体项目落户南昌经开区,总投资300亿元。 据介绍,康佳集团拟在南昌经开区引进第三代化合物半导体项目等,项目分两期建设,一期投资50亿元,主要建设第三代化合物半导体项目及其相关配套产业,同步建设半导体研究院,将打造成集研发、设计、制造为一体的高科技项目。 二期项目以半导体材料类、半导体应用类项目为主,以及半导体封测类、芯片设计类项目,引进一批符合产业园定位的半导体及相关产业链项目,为实现第三代化合物半导体材料、应用、封测、芯片设计等产业生态链布局。 此外,康佳集团拟与南昌经开区管委会管理的指定企业共同组建服务于半导体产业园项目的股权投资基金,拟以市场化股权投资方式投入半导体产业园的入园企业。 从上述描述可看出,康佳集团以及南昌经开区亦有意发展第三代半导体产业集群,后续将有望吸引更多产业链相关企业集聚。 多地布局星火燎原 事实上,除了上述提到的几个地区,国内还有不少地方也正在布局第三代半导体产业,包括长三角区域的苏州、南通、徐州、嘉兴、无锡、绍兴、上海等,闽三角区域的厦门、泉州、福州、晋江等,珠三角区域的广州、东莞、珠海等,中西部区域的重庆、成都、西安等。 回顾近两年来的重要第三代半导体项目,如总投资60亿元的天和通讯(徐州)第三代半导体产业基地项目落户徐州,总投资37亿元的吴越半导体氮化镓衬底及芯片制造项目落户无锡、25亿元的博方嘉芯氮化镓射频及功率器件项目落户嘉兴、29亿元的华通芯电第三代化合物半导体项目落户上海...... 我国第三代半导体产业建设已散布各地,星星之火已点燃,多个深入部署的城市正在加速形成产业集群,期待各个集聚区早日发展成熟、燃起燎原大火。
  • 《“碳中和”,第三代半导体未来可期》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2021-03-25
    • 为应对气候变化,我国提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现“碳中和”。可提升能源转换效率的第三代半导体产业正在开启发展加速度,有望成为绿色经济的中流砥柱。目前,第三代半导体的触角已延伸至数据中心、新能源汽车等多个关键领域,整个行业渐入佳境,未来可期。 第三代半导体可提升能源转换效率 以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体具备耐高温、耐高压、高频率、大功率等优势,相比硅器件可降低50%以上的能量损失,并减小75%以上的装备体积,是助力社会节能减排并实现“碳中和”目标的重要发展方向。“碳中和”趋势浪潮下,可提升能源转换效率的第三代半导体产业正在开启发展加速度,有望成为绿色经济的中流砥柱。 在第三代半导体产业景气上升之际,很多企业都对此领域青睐有加,展开资本布局。近期,闻泰科技全资子公司、全球功率半导体领先企业——安世半导体宣布与国内汽车行业龙头公司联合汽车电子有限公司(简称UAES)达成合作。双方将在功率半导体氮化镓(GaN)领域展开深度合作,满足未来新能源汽车电源系统对技术不断提升的需求,并共同推动GaN工艺技术在国内汽车市场的研发和应用。 安世半导体相关人员对第三代半导体在新能源汽车领域的应用前景表示看好:“新能源汽车电源系统有望在未来主导半导体器件持续增长的市场需求,硅基氮化镓场效应晶体管的功率密度和效率将在汽车电气化应用中发挥关键作用。” 也是在最近,隶属于博世集团的罗伯特·博世创业投资公司(RBVC)已完成对基本半导体的投资。资料显示,基本半导体是中国领先的碳化硅功率器件提供商之一。博世集团几日前在德累斯顿建设车用半导体芯片厂来生产车用传感器芯片,此次对基本半导体的投资也预示其有意在第三代半导体领域进一步涉足。 除资本加持外,在第三代半导体的研发和生产方面,国内企业也进展频频:三安光电位于湖南的首个第三代半导体芯片厂房已顺利封顶,预计今年6月试投产;露笑科技已于近期实现6英寸碳化硅衬底片试生产,另公司自主研发的碳化硅长晶炉已实现销售,下游客户已陆续投产;海特高新硅基氮化镓产品已实现规模出货,公司的客户主要为芯片设计公司和模组公司。 值得一提的是,三安光电此前早已推出了6英寸SiC晶圆代工制程,2020年初,该公司的氮化稼产能已达2000片/月,2020年年底已完成碳化硅MOSFET器件量产平台的打造。 政策方面,上海临港新片区近日发布了集成电路产业专项规划(2021-2025)。规划中提出,推进6英寸、8英寸GaAs、GaN和SiC工艺线建设,面向5G、新能源汽车等应用场景,加快化合物半导体产品验证应用。 应用场景触及“碳中和”关键领域 近年来,第三代半导体成为行业新风口。受疫情后期汽车、工业和移动通信等行业市场需求反弹因素推动,再加上“碳中和”概念倡导及相关政策支持,2021年,第三代半导体的成长动能有望持续上升。根据TrendForce集邦咨询方面最新预测,2021年,GaN功率器件的成长力道最为明显,预估其今年市场规模将达6,100万美元,年增长率高达90.6%。 在市场规模日渐扩大的情况下,第三代半导体的应用场景正在不断拓展,目前已经从半导体照明等小批量应用走向了包括数据中心、新能源汽车等更广阔的市场。 第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于昆山肯定了新兴市场对第三代半导体产业发展提供的助力。于昆山表示,以5G、新能源汽车、能源互联网、消费类电子、新一代显示、紫外等应用市场启动为契机,已经完成第三代半导体布局并实现产业化的企业和地区将首先收获成果。 应用于数据中心领域的第三代半导体可以大幅减少电能的消耗。公开资料显示,一个大型数据中心机房一年的耗电量相当于一个中等城市的用电量。在耗电量如此巨大的情况下,如果使用第三代半导体芯片来控制电源,相比于硅芯片可以省下大量电力。开源证券研究所副所长兼电子首席研究员刘翔告诉《中国电子报》记者,随着“碳中和”进程加快,化石能源将逐步被其他电力能源取代。无论是电力的传输还是控制,都需要第三代半导体来实现。“第三代半导体的效率更高,能工作的电压范围更大,所以用量肯定是非常大的。”他说。 以第三代半导体的典型应用场景——新能源汽车为例,根据福特汽车公开的信息,相比于传统硅芯片(如IGBT)驱动的新能源汽车,由第三代半导体材料制成芯片驱动的新能源汽车,可以将能量损耗降低5倍左右。 作为第三代半导体的代表,碳化硅技术的应用与整车续航里程的提升也有着紧密的联系,第三代半导体材料在提高能效、电源系统小型化、提高耐压等方面的性能已经达到了硅器件无法企及的高度。小鹏汽车动力总成中心IPU硬件高级专家陈宏表示,相比硅基功率半导体,第三代半导体碳化硅MOSFET具有耐高温、低功耗及耐高压等特点。采用碳化硅技术后,电机逆变器效率能够提升约4%,整车续航里程将增加约7%。 目前第三代半导体的触角延伸到了5G、新能源汽车等多个关键市场,刘翔认为,碳化硅的原材料——长晶的培育有望成为国内第三代半导体市场的突破口。 长晶的生产难度较大,长晶的源头——晶种很难获取,而且要求极高的纯度。另外,长晶生产过程中对温度和制程的要求很高,生产时间也比较长。碳化硅长一根晶棒需耗时2周,但成果可能仅3公分,量产难度很大。基于此,刘翔认为,我国有必要提升对长晶培育环节的重视程度。 除长晶培育外,如何打破国外企业对碳化硅市场的垄断也是亟待解决的问题之一。安芯基金首席战略官周贞宏表示,现阶段,高速发展的碳化硅材料市场被国际巨头垄断,国产碳化硅基材仅占全球市场的2.2%。全国政协委员王文银也指出,目前国内第三代半导体行业内的高端产品多为进口,先进入市场的全球巨头已经建立了自身的朋友圈与护城河。 针对如何打破国外企业对碳化硅市场的垄断,西安电子科技大学教授张玉明向《中国电子报》记者表示,我国还需提高碳化硅晶圆的尺寸和质量,制造工艺栅界面调控技术还需加强,成品率也需进一步提升。