產能劍指行業第一！一位重磅氮化鎵芯片玩家
氮化鎵(GaN)具有耐高溫、導熱強、穩定性強等特性，已成為當前眾多領域炙手可熱的明星材料。
氮化鎵迎來快速發展，但滲透率的提高仍需解決效率及成本問題
按照應用市場的不同，氮化鎵器件又可以以分為光電氮化鎵器件、射頻氮化鎵器件和功率氮化鎵器件三大類。其中，光電氮化鎵器件的占比達到65%，市場應用程度最高；其次是射頻氮化鎵器件，市場占比約為29%;而功率氮化鎵器件的市場規模則占比最小，僅為5%左右。 具體來看，在光電領域，氮化鎵相較于傳統的硅材料具有更高的電子遷移率、更寬的能隙、更好的熱導率和更高的韌性，目前已經在LED照明、LED顯示、消菌殺毒、激光顯示等市場大規模應用；在射頻領域，相較于硅組件，氮化鎵可以在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等功率，從而提升功率密度，目前也已經在軍用雷達、衛星通訊、移終端動、通信基站等方面廣泛應用。根據Yole的數據，預計到2028年射頻氮化鎵器件市場價值將達到27億美元。 而在功率器件領域，氮化鎵低損耗與高頻率的材料特性使其在電力電子市場具備應用優勢。目前，除了消費電子充電器、電源適配器等低功率市場外，氮化鎵也朝著中大功率儲能、數據中心、通訊基站以及汽車等中大功率市場加速滲透，預計未來6年將保持49%的年復合增長率，到2028年市場規模將達到20.4億美元。 競爭格局方面，在光電氮化鎵市場，目前主要玩家有三安光電、士蘭明稼、乾照光電、聚燦光電等，其中三安光電是國內規模最大的 LED 外延片及芯片企業，產品性能指標居國際先進水平；在射頻氮化鎵領域，SEDI（住友電工）、Qorvo和Wolfspeed排名行業前三，在全球市占率合計超過80%。從中國市場來看，受中美貿易摩擦的影響，華為和中興等通信大廠加大了對中國本土供應鏈的采購，這帶動了國內射頻氮化鎵的快速發展，目前市場上也已經涌現出了三安光電、中電科 13 所、中電科 55 所、蘇州能訊、海威華芯等一批核心的優秀企業；而在功率氮化鎵市場，由于行業的快速發展，除了PI、納微半導體、英諾賽科、EPC、GaN Systems、Transphorm等頭部玩家外，目前市場上也涌現出了鎵未來、氮矽科技、致能科技等一批快速發展的新興廠商。 資料來源：頭豹研究院 譽鴻錦品牌戰略官張雷表示：氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、開關頻率高、電子遷移率高以及電子飽和速度快等優勢，可以廣泛應用在光電、射頻、電力電子等領域，尤其在半導體制造遭遇摩爾定律限制的時候，新興的以氮化鎵為代表的第三代化合物半導體以其優異的器件特性成為了半導體產業新的技術突破方向。而在國家‘雙碳’政策的支持下，近年來氮化鎵在功率電子領域也開始從消費電子電源不斷向數據中心、光伏/儲能、新能源汽車等附加值領域加速滲透，未來這些市場有望成為GaN產品規模擴張的主要動力。 值得注意的是，雖然目前氮化鎵發展很快，但行業的發展遇到了兩大問題：一是雖然其材料性能優異，但滲透率相對硅而言相對較低；二是雖然GaN單片晶圓產出芯片數量約是硅器件的2.4倍，但價格卻太高限制了其應用。 資料來源：2022氮化鎵產業調研白皮書 截至目前，包括碳化硅、氮化鎵等第三代半導體在整個功率器件行業的滲透率與硅相比還有巨大的差距，其中氮化鎵的滲透率甚至連1%都還不到。很多人可能會認為氮化鎵滲透率低是由其器件規模生產不足導致成本均攤困難所引起的。那我們的看法和市場上的不太一樣，因為從材料成本來說，氮化鎵器件并不會比硅基器件昂貴，而且規模是氮化鎵滲透率的結果而并非原因。我們認為本質問題出現在產業效率上，只有把系統效率提升，才能用更低的成本推動氮化鎵器件的大規模應用。 張雷說。 中試線產能達1.5萬片/月，剛出道產能就劍指行業第一 那如何提效降本，進而推動氮化鎵在各行各業的普及呢？ 在這個問題上，譽鴻錦通過回歸產業價值的本質，提出“產業價值=能效提升-替換成本>0”的解題思路，認為高性能是推動應用創新的動力，而低成本則是推動應用普及的基礎。 張雷指出：產業價值等于能效提升減去替換成本。這里面有兩個關鍵因素，第一個就是要支持做出高性能的器件，來明顯提升我們應用的核心驅動力。只有把氮化鎵整個產業鏈的效率做的和硅接近甚至超過硅基器件產業鏈的效率，我們才有可能讓氮化鎵在行業里面大規模的去普及；第二個就是要降低替換成本，當舊的技術路線要替換到新的技術路線，有一系列的產線、設備、人員需要重新配置，這也是牽涉到大量的時間和機會成本。因此，只有當能效提高的價值大于它替換成本的時候，產業鏈廠家才有替換的動力。 高性能和低成本是推動產業快速發展的兩條腿。這兩個問題解決后，如何來提升氮化鎵的品質及效益呢? 從行業的解決方案來看，為了充分發掘技術潛力、提升產品品質、以及推動成本下降，氮化鎵主要企業都采用了IDM的發展模式。目前，中國氮化鎵代表企業每月產能在2000-15000片不等。其中，氮化鎵光電龍頭三安光電的硅基氮化鎵產能約為2,000片/月，擴產后將翻倍達到4000片/月。氮化鎵功率器件龍頭英諾賽科目前的8英寸產能為15000片/月，擴充后預計到2025年公司珠海和蘇州兩大基地的產能將由現在的15000片/月提升到70000片/月。 產業效率革命=高良率x IDM整合 x高研發效率 x設備降本 x 快速應用驗證。只有從第一性原理出發，通過全流程IDM集成的方式，減少研發、外延生長、流片、制造、封測過程中的時間成本和經濟成本的損耗，才能最終實現匹敵于硅器件的產業鏈效益。 張雷說道，作為一家走IDM模式的氮化鎵公司，譽鴻錦在短短1.5年的時間內，完成了從設備、外延、設計、制造、封裝測試的自主全流程IDM工廠搭建，研發周期和建線成本較行業減少2/3，從外延到器件制造只需要7天周期。同時，目前公司中試線已的產能已經達到1.5萬片/月，并且良率高達85%，在業內可謂是創下了一系列難以復制的發展速度。 而在產品方面，作為一家成立僅不到3年的初創公司，譽鴻錦目前已經向市場推出了100/150V、650V、900V、1200V全功率段的氮化鎵MOSFET器件，在性能上可以對標甚至超越納微、PI等頭部大廠的產品，能應用于射頻、光電、電機驅動及儲能逆逆變器等多個電力電子領域。 資料來源:譽鴻錦 張雷指出：譽鴻錦是業內少有的具備氮化鎵光電、氮化鎵射頻以及氮化鎵功率器件三大產品線研發及量產能力的公司。我們不僅已經在100V/150V的低壓MOSFET產品上實現了量產，而且在中壓主流的650V/900V的氮化鎵MOSFET產品上，我們也已經實現了批量出貨。現在，我們也在抓緊布局中高壓的產品線，預計1200V的氮化鎵MOSFET在今年第四季度就可以送樣，而1700V的氮化鎵器件也會在明年年初即將會推出。 值得一提的是，除了GaN MOSFET外，近日譽鴻錦也率先在業內發布了電壓為50V/100V的D100C03、D100C05、D050C30 3款氮化鎵SBD器件產品。和傳統SBD的結構產品相比，譽鴻錦的產品由于采用全垂直結構的設計，具有開啟電壓低、損耗小、導通電阻率小、成本低、溫漂小、高溫穩定性好等優勢。 譽鴻錦全垂直結構GaN功率二極管VS傳統二極管比較情況 資料來源：譽鴻錦 與國際頭部友商相比，譽鴻錦的氮化鎵器件成本可以做到其價格的幾分之一，并且在性能上完全不輸給他們。因此，雖然公司的知名度沒有業內頭部廠商高，但我們的產品一上市后也取得了不錯的反響。憑借較好的口碑，目前公司的SBD、MOSFET、HEMT等產品已經積累了上百個成功案例，主要客戶包含浪潮、科大訊飛、星網銳捷、英業達、臺達、孚能科技、大族機器人等。 張雷介紹道。 展望未來，張雷表示：譽鴻錦半導體的初心是用化合物半導體改變每個人的生活。因此，我們也在加緊產能的擴產，預期二期線建成投產后，產能將會從現在的1.5萬片/月上升到25萬片/月，屆時公司可能成為全球最大的氮化鎵IDM廠商。此外，為進一步推進GaN產業鏈協同發展，譽鴻錦未來將以Super IDM產業集群為發展目標（即Super IDM產業集群 = 上游設備材料+IDM+終端技術應用+零售服務的生態鏈體系），基于該產業集群的深度耦合，以實現上游設備自主可控/成本下降，中游IDM環節極致效率，以及下游應用終端快速導入和批量驗證，最終推動氮化鎵快速普及產業目標的實現。
