能讯半导体5G时间窗口只有三年
发布日期：2022-03-17 23:10 点击次数：79
（TechSugar原创内容，如需转载，请注明出处，谢谢！）“现在正处于从LDMOS转到氮化镓的时间窗口，但只有三年。”能讯半导体总经理任勉表示，在氮化镓领域耕耘十二年，能讯半导体迎来关键时间节点，抓住5G基站建设机会，就可以在竞争中占据有利位置。当前基站与无线回传系统中使用的大功率射频器件（功率大于3瓦），主要有基于三种材料生产的器件，即传统的LDMOS（横向扩散MOS）、砷化镓（GaAs），以及新兴的氮化镓（GaN）。市场调研机构Yole（Yole Developpement）的2017年7月的报告预测，未来5到10年，砷化镓在大功率射频器件市场上所占比例基本维持稳定，但LDMOS与氮化镓将呈现出此消彼长的关系。2025年，LDMOS占比将由现在的40%左右下降到15%，而氮化镓将超越LDMOS和砷化镓，成为大功率射频器件的主导工艺，占比到2025年可达45%左右。2019年至2021年为5G基础设施建设的关键期，也将是氮化镓器件替换LDMOS的关键期。
GaN与LDMOS未来趋势 数据来源:Yole为何氮化镓会取代LDMOS？氮化镓是宽禁带工艺，其禁带宽度（3.4eV）是普通硅（1.1eV）的3倍，击穿电场是硅材料的10倍，功率密度高，可以提供更高的工作频率、更大的带宽、更高的效率，可工作环境温度也更高。由于成本优势，LDMOS在低频仍有生存空间，但氮化镓已经在向低频渗透，例如在2.6GHz频段，也开始出现氮化镓方案。“按照业界理解，3.5GHz是一个分水岭，3.5GHz及以上频率押大小，氮化镓工艺有全面的优势，无论是带宽、线性度、增益还是效率，硅器件都无法与氮化镓竞争，”任勉分析道，由于工艺输出功率特性限制，LDMOS在3.5GHz及以上频率不能提供足够大的功率，所以从3.5GHz到未来的毫米波，高频应用中氮化镓不是去替代LDMOS，而是开辟全新的市场空间，“往高频走，氮化镓是必然的选择，因为需要更大的带宽，更好的线性度，将来走MIMO（多入多出）方案，一台基站里面就要用几百个PA（功率放大器），5G和高频化应用，让氮化镓大有用武之地。以前大家觉得射频器件只是一 两百亿（美元）的市场，规模不大，但5G时代不是，5G有小基站，基站部署数量将呈指数形式增长，所以5G时代，射频器件产业将比以往大得多。”任勉认为，近年来的氮化镓投资热潮，即来自于对这一趋势的认同。成本曾是氮化镓取代LDMOS的最大障碍，如今这一障碍正在逐渐消失。氮化镓工艺常用衬底有两种，一种是用硅材料，一种是用碳化硅材料。除了MACOM，主流氮化镓器件公司都采用碳化硅衬底，基于碳化硅衬底的氮化镓器件比硅衬底氮化镓器件性能更好，良率更高，更能体现氮化镓材料优势，但碳化硅衬底成本更高。
能讯半导体生产的氮化镓器件及参考设计不过衬底成本正在伴随制造工艺的进步而快速下降，大尺寸衬底均摊成本更低。据任勉介绍，采用6英寸碳化硅衬底制造出的器件，衬底成本占整个器件成本比例已经不到10%。“氮化镓主要用金属陶瓷封装，封装成本占到整个器件成本的三分之一到一半，这是很可怕的成本，所以业界在拼命努力开发各种降低成本的封装方式，”任勉表示，封装的成本更值得关注，业界已经在尝试纯铜、塑封、空腔塑封等形式来替代金属陶瓷封装，但由于金属陶瓷封装在性能、散热与可靠性上的优势，仍然是氮化镓器件的首选封装。为何氮化镓产业更适合IDM模式？氮化镓封装成本高，建设封装产线的投入也很大，据任勉估算，100万支产能的金属陶瓷封装线，仅设备投入就要六七千万元，但能讯还是自建了封装线，这样可以保证产品一致性，也符合通讯设备商对其关键元器件供应商的在产品质量方面的要求。事实上，从材料衬底外延、芯片制造，到最终的封装测试，三大制造环节能讯全部都做，即所谓的整合元件制造商（IDM）模式。“材料结构与工艺密切相关，而工艺又决定了产品最终的电学性能，材料、设计、制造与封测一体相关，所以氮化镓行业基本以IDM为主导，设计公司暂时还不太有市场。”任勉告诉TechSugar，现阶段只有IDM模式最适合氮化镓产业。射频与功率器件集成度不高，设计变化不多，设计环节附加值较低，再加上现在氮化镓产业本身规模不大，因此设计业很难独立生存。不过任勉也表示，高频率器件或毫米波等应用普及以后，随着市场规模增大，代工模式将有可生存的空间。如前所述，因为材料、工艺与设计紧密结合是射频或功率器件竞争的主导性因素，所以全球成功的射频或功率器件公司，多数都采用IDM模式，IDM模式对产品全流程的管控能力更高，但所有产线都自己来建设，进入门槛很高。
能讯半导体厂房内部除此之外，能讯在氮化镓电力电子领域进行了技术储备。能讯的“讯”代表通信，而“能”则代表能讯关注的另一个方向，即电力电子领域的功率应用。相比硅器件，氮化镓做功率器件也有诸多优势，但氮化镓在电力电子领域应用的技术路线现在尚未确定，所以在电力电子领域，能讯维持研发投入，目前尚无量产计划。能讯半导体从成立到现在已经进行了三轮融资，总共投入约10亿人民币，其第一规模工厂（FAB1）位于苏州昆山高新区，工厂占地55亩，厂房面积为18000平方米，经过第三轮5亿元融资后，现有产线改造扩容结束将具备年处理4英寸氮化镓晶圆5万片（约折合2000万支器件）的能力。如果氮化镓器件能在5G市场部署时如期爆发，能讯将会规划建设第二个工厂，第二工厂必然会建6英寸产线，届时投入将会是一厂的三倍以上。为何现在进入氮化镓射频市场机会已经不大？但在氮化镓领域，即便资金不是问题，也不意味着就能胜出，时间窗口至关重要。即使完全不考虑资金限制，从无到有建设一条能量产出货的氮化镓产线也需要五年左右时间。“从拿地开始算，做完厂区设计及建设，到可以进设备至少需要两年；从进设备到工艺走通实现量产，至少需要一年时间；产品可靠性稳定，至少一年时间；客户认证，一年左右时间，加起来就是五年。而且各阶段环环相扣，很难同步进行，”谈及产线建设，任勉如数家珍，“工艺调不通无法做可靠性，可靠性不稳定，不敢拿给客户做认证，这五年时间谁都省不掉。所以，能讯并不担心其他企业一拥而上做氮化镓，如果你现在刚开始做，等五年以后再谈与我们竞争。后来者一定要想清楚，自己真正的优势在哪里。”
能讯半导体厂貌任勉强调，就芯片产品而言，只有解决可制造性、可靠性与可应用性，技术才能落地，在实验室做得很好的产品，到最终大规模量产被客户接受，要跨越的距离远超很多技术专家的想象。国内产业发展多见一窝蜂上的现象，但在半导体市场，不尊重行业规律盲目投资，很难获得想要的收益。即使不考虑后来者，当前射频氮化镓市场厂商竞争也非常激烈，面对5G设备部署良机，住友、科锐、恩智浦、英飞凌、Qorvo等国外巨头再加上国内能讯、13所、55所等近十家厂商谁都不会退让。大家都加大投入赌这次机会，氮化镓排名前几的厂商，性能指标交替发展，“没有哪一家永远第一，厂商各领风骚一段时间，”任勉认为，乱世之争很可能在三年后结束，而且市场格局一旦建立，就很难打破。任勉判断，未来氮化镓市场很有可能只有4-5家能生存下来，只有进入前三，才能获得较好的投资效益。拼到前三的方法，任勉总结为两点：技术领先与快速上规模。经过12年研发、产能建设与经验积累，能讯半导体已经开始出货给通信设备厂商，移动通信每一次更新换代，都是一次洗牌的机会，5G设备换代将是能讯半导体冲击世界品牌的最好机会，不容有失。虽然多次强调危机感，但任勉对活下来显然也很有信心，他说：“在射频领域为中国半导体立一块品牌，是能讯的理想。”（微信公众号搜索“TechSugar”并关注，让我们做你身边最值得信赖的科技媒体！）
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GaN与LDMOS未来趋势 数据来源:Yole为何氮化镓会取代LDMOS？氮化镓是宽禁带工艺，其禁带宽度（3.4eV）是普通硅（1.1eV）的3倍，击穿电场是硅材料的10倍，功率密度高，可以提供更高的工作频率、更大的带宽、更高的效率，可工作环境温度也更高。由于成本优势，LDMOS在低频仍有生存空间，但氮化镓已经在向低频渗透，例如在2.6GHz频段，也开始出现氮化镓方案。“按照业界理解，3.5GHz是一个分水岭，3.5GHz及以上频率押大小，氮化镓工艺有全面的优势，无论是带宽、线性度、增益还是效率，硅器件都无法与氮化镓竞争，”任勉分析道，由于工艺输出功率特性限制，LDMOS在3.5GHz及以上频率不能提供足够大的功率，所以从3.5GHz到未来的毫米波，高频应用中氮化镓不是去替代LDMOS，而是开辟全新的市场空间，“往高频走，氮化镓是必然的选择，因为需要更大的带宽，更好的线性度，将来走MIMO（多入多出）方案，一台基站里面就要用几百个PA（功率放大器），5G和高频化应用，让氮化镓大有用武之地。以前大家觉得射频器件只是一 两百亿（美元）的市场，规模不大，但5G时代不是，5G有小基站，基站部署数量将呈指数形式增长，所以5G时代，射频器件产业将比以往大得多。”任勉认为，近年来的氮化镓投资热潮，即来自于对这一趋势的认同。成本曾是氮化镓取代LDMOS的最大障碍，如今这一障碍正在逐渐消失。氮化镓工艺常用衬底有两种，一种是用硅材料，一种是用碳化硅材料。除了MACOM，主流氮化镓器件公司都采用碳化硅衬底，基于碳化硅衬底的氮化镓器件比硅衬底氮化镓器件性能更好，良率更高，更能体现氮化镓材料优势，但碳化硅衬底成本更高。能讯半导体生产的氮化镓器件及参考设计不过衬底成本正在伴随制造工艺的进步而快速下降，大尺寸衬底均摊成本更低。据任勉介绍，采用6英寸碳化硅衬底制造出的器件，衬底成本占整个器件成本比例已经不到10%。“氮化镓主要用金属陶瓷封装，封装成本占到整个器件成本的三分之一到一半，这是很可怕的成本，所以业界在拼命努力开发各种降低成本的封装方式，”任勉表示，封装的成本更值得关注，业界已经在尝试纯铜、塑封、空腔塑封等形式来替代金属陶瓷封装，但由于金属陶瓷封装在性能、散热与可靠性上的优势，仍然是氮化镓器件的首选封装。为何氮化镓产业更适合IDM模式？氮化镓封装成本高，建设封装产线的投入也很大，据任勉估算，100万支产能的金属陶瓷封装线，仅设备投入就要六七千万元，但能讯还是自建了封装线，这样可以保证产品一致性，也符合通讯设备商对其关键元器件供应商的在产品质量方面的要求。事实上，从材料衬底外延、芯片制造，到最终的封装测试，三大制造环节能讯全部都做，即所谓的整合元件制造商（IDM）模式。“材料结构与工艺密切相关，而工艺又决定了产品最终的电学性能，材料、设计、制造与封测一体相关，所以氮化镓行业基本以IDM为主导，设计公司暂时还不太有市场。”任勉告诉TechSugar，现阶段只有IDM模式最适合氮化镓产业。射频与功率器件集成度不高，设计变化不多，设计环节附加值较低，再加上现在氮化镓产业本身规模不大，因此设计业很难独立生存。不过任勉也表示，高频率器件或毫米波等应用普及以后，随着市场规模增大，代工模式将有可生存的空间。如前所述，因为材料、工艺与设计紧密结合是射频或功率器件竞争的主导性因素，所以全球成功的射频或功率器件公司，多数都采用IDM模式，IDM模式对产品全流程的管控能力更高，但所有产线都自己来建设，进入门槛很高。能讯半导体厂房内部除此之外，能讯在氮化镓电力电子领域进行了技术储备。能讯的“讯”代表通信，而“能”则代表能讯关注的另一个方向，即电力电子领域的功率应用。相比硅器件，氮化镓做功率器件也有诸多优势，但氮化镓在电力电子领域应用的技术路线现在尚未确定，所以在电力电子领域，能讯维持研发投入，目前尚无量产计划。能讯半导体从成立到现在已经进行了三轮融资，总共投入约10亿人民币，其第一规模工厂（FAB1）位于苏州昆山高新区，工厂占地55亩，厂房面积为18000平方米，经过第三轮5亿元融资后，现有产线改造扩容结束将具备年处理4英寸氮化镓晶圆5万片（约折合2000万支器件）的能力。如果氮化镓器件能在5G市场部署时如期爆发，能讯将会规划建设第二个工厂，第二工厂必然会建6英寸产线，届时投入将会是一厂的三倍以上。为何现在进入氮化镓射频市场机会已经不大？但在氮化镓领域，即便资金不是问题，也不意味着就能胜出，时间窗口至关重要。即使完全不考虑资金限制，从无到有建设一条能量产出货的氮化镓产线也需要五年左右时间。“从拿地开始算，做完厂区设计及建设，到可以进设备至少需要两年；从进设备到工艺走通实现量产，至少需要一年时间；产品可靠性稳定，至少一年时间；客户认证，一年左右时间，加起来就是五年。而且各阶段环环相扣，很难同步进行，”谈及产线建设，任勉如数家珍，“工艺调不通无法做可靠性，可靠性不稳定，不敢拿给客户做认证，这五年时间谁都省不掉。所以，能讯并不担心其他企业一拥而上做氮化镓，如果你现在刚开始做，等五年以后再谈与我们竞争。后来者一定要想清楚，自己真正的优势在哪里。”能讯半导体厂貌任勉强调，就芯片产品而言，只有解决可制造性、可靠性与可应用性，技术才能落地，在实验室做得很好的产品，到最终大规模量产被客户接受，要跨越的距离远超很多技术专家的想象。国内产业发展多见一窝蜂上的现象，但在半导体市场，不尊重行业规律盲目投资，很难获得想要的收益。即使不考虑后来者，当前射频氮化镓市场厂商竞争也非常激烈，面对5G设备部署良机，住友、科锐、恩智浦、英飞凌、Qorvo等国外巨头再加上国内能讯、13所、55所等近十家厂商谁都不会退让。大家都加大投入赌这次机会，氮化镓排名前几的厂商，性能指标交替发展，“没有哪一家永远第一，厂商各领风骚一段时间，”任勉认为，乱世之争很可能在三年后结束，而且市场格局一旦建立，就很难打破。任勉判断，未来氮化镓市场很有可能只有4-5家能生存下来，只有进入前三，才能获得较好的投资效益。拼到前三的方法，任勉总结为两点：技术领先与快速上规模。经过12年研发、产能建设与经验积累，能讯半导体已经开始出货给通信设备厂商，移动通信每一次更新换代，都是一次洗牌的机会，5G设备换代将是能讯半导体冲击世界品牌的最好机会，不容有失。虽然多次强调危机感，但任勉对活下来显然也很有信心，他说：“在射频领域为中国半导体立一块品牌，是能讯的理想。”（微信公众号搜索“TechSugar”并关注，让我们做你身边最值得信赖的科技媒体！）
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