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【材料/设备】成立“GaN半导体集成电路”国家级课题组,韩国第三代半导体破局之路!

来源:化合物半导体市场    原作者:Rany    

就在几天前(5月3日),韩国宣布启动“X-band GaN半导体集成电路”国产化课题。韩国无线通信设备半导体企业RFHIC(艾尔福)被选定为课题牵头企业,SK Siltron将参与SiC基板/GaN树脂的制作,LIG nex1负责系统的验证,韩国电子通信研究院(ETRI)的半导体工厂将被用来进行GaN MMIC的制作。

而在早前4月1日,韩国政府曾召开会议,发表了“下一代功率半导体技术开发及产能扩充方案”,宣布将正式培育下一代功率半导体技术,到2025年开发5种以上的商业化产品,并在国内建设6~8英寸代工厂。

逻辑存储领域的半导体巨头韩国,近年来在第三代半导体方面动作频频。

政策方面

2000年

韩国制订了GaN开发计划,政府在2004~2008年投入4.72亿美元,企业投入7.36亿美元以支持韩国进行光电子产业发展,使韩国成为亚洲最大的光电子器件生产国。

2009年
韩国发布《绿色成长国家战略》,全力发展环保节能产业,并致力于使得该产业成为韩国经济增长的主要动力之一。其中在金属有机化学气相沉积(MOCVD)机台自制计划中,2010~2012年间投入约4500万美金以推动MOCVD机台实现国产化、引进制程自动化系统并开发高速封装、监测设备。

2016年
韩国围绕Si基GaN和SiC器件启动功率电子国家项目,同时重点围绕高纯SiC粉末制备、高纯SiC多晶陶瓷、高质量SiC单晶生长、高质量SiC外延材料生长4个方向,开展了国家研发项目。

2017年
韩国产业通商资源部(MOTIE)举办研讨会,为了强化系统半导体的竞争力,产、官、学三界联手投资4645亿韩元(4.15亿美元),开发低能源、超轻量和超高速的半导体芯片。这当中1326亿韩元用于开发先进超轻量传感器、837亿韩元投入低耗能的SiC功率半导体,47亿韩元投资超高速存储器和系统整合设计技术……

具体方向上,我们以韩国四大财团Samsung、SK、LG和现代集团的第三代半导体布局来看。

Samsung

Samsung内部曾有自身的功率半导体事业部,但后来因为受到专利诉讼、国际货币基金组织(IMF)危机等,于1999年出售此部门给美商仙童半导体(Fairchild),其中包含了功率MOSFET、IGBT等业务。(此后仙童半导体成为全球第二大功率MOSFET供应商,并于2015年被安森美收购。2018年三星和美国仙童的主要技术骨干又重新创办了Maplesemi美浦森半导体,目前总部位于深圳,工厂位于韩国浦项,主营功率MOSFET和SiC相关产品。)

2000年以后,Samsung以存储器和逻辑IC为主的半导体业务迎来大爆发,并在2011年宣布重启功率半导体事业部,设立电力装置中心(PowerDeviceCenter),集中研究IGBT技术,以及SiC/GaN等新一代半导体材料。

其中以GaN领域研究成果显著,尤其是在光电器件方面处于世界领先地位,另外Samsung与美国康宁合资成立三星康宁精密材料(SCPM)进军GaN材料,于2011年完成了4英寸高品质GaN基板研发。

近几年,Samsung为加快系统半导体生态系统建设,以旗下两档投资基金主导(Samsung Next Fund + Catalyst Fund),已经开始着手投资中小型系统半导体初创公司,其中不乏第三代半导体相关企业。

其中一家IVworks于2019年已获得了80亿韩元的B轮融资。IVworks是韩国第一家开发8英寸GaN-on-Si外延片和4英寸GaN-on-SiC外延片的晶圆代工厂。

与美国IntelliEPI(英特磊)通力合作,结合IVWorks的先进MBE GaN长晶和AI技术,以及英特磊的大规模MBE外延生产和硬设备自主经验与能力,共同开发MBE制造的GaN外延产品,应用于RF和电力器件市场。

图片来源:IVworks官网

另一家公司iBeam,其将GaN FET与Micro LED发射器并排集成来创建显示器的新型技术,亦吸引到Samsung投资。

SK

SK集团的半导体事业部中最为人熟知是存储大厂SK Hynix (海力士),另外还有Si晶圆领先供应商SK Siltron和半导体材料及零部件厂商SKC。

其中SK Siltron除了供应Si晶圆以外,近来也开始涉足SiC。“在Si晶圆领域要追上日本恐怕很难,因此将在次世代技术上进行挑战”,SK Siltron在2019年以4.5亿美元收购了美国化学大厂杜邦 (DuPont) 的SiC晶圆业务。今年2月,有消息称SK Siltron已开始生产少量的SiC芯片,意向功率半导体业务扩展。

图片来源:SK Siltron官网

投资方面,今年1月SK集团的投资控股公司SK Holdings宣布以268亿韩元收购韩国唯一SiC功率半导体制造商Yes Power Technix的33.6%股份。Yes Power Technix成立于2017年,专注于研发SiC功率器件,其4英寸和6英寸的SiC晶圆产能约为14000片/年。知情人士表示,SK海力士可能和Yes Power Technix在SiC功率半导体晶圆代工领域进行合作,而SK Siltron则有可能与其在SiC晶圆采购方面进行合作。

图片来源:Yes Power Technix官网

LG

同样是今年1月,据韩国科技媒体ETNews报道,LG集团旗下子公司Silicon Works宣布扩大其半导体业务,重点押注SiC PMIC以及MCU。Silicon Works之前以其驱动IC产品被业界所熟知,此前LG Display向苹果供应的OLED DDIC便是由Silicon Works独家供应。

另外,LG集团年前曾表示,计划剥离部分子公司,其中就包括Silicon Works。而其即使从LG集团分拆出来,也将继续与LG电子的主要业务进行密切合作。

此次Silicon Works大举切入SiC芯片领域,不仅透露了其对从LG集团分拆后的发展规划,更是从侧面印证了SiC在汽车领域的重大战略性意义。

现代

自从2016年Tesla Model 3中率先采用了以SiC MOSFET为功率模块的逆变器之后,截至当前,全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用SiC功率器件。未来几年,几乎所有汽车整车厂商都将在主逆变器中使用SiC,特别是中国厂商。

SiC市场的火爆引发了大量半导体厂商的涌进,而汽车整车厂商却早已有所积累,其中包括丰田、福特、大众等一线汽车整车厂均已研究SiC器件多年。

韩国现代汽车亦是如此,去年5月其旗下半导体子公司现代奥创(Hyundai Autron)与现代汽车成立了一个实验室,共同开发SiC功率器件。而且其最新的E-GMP纯电动汽车平台中便采用了SiC技术。

另外,今年2月有消息称,苹果将向现代子公司起亚汽车投资4万亿韩元(约36亿美元)合作开发苹果汽车。初步方案为采用现代汽车E-GMP平台打造,零部件供应商来自现代旗下零部件商现代摩比斯,生产放在美国。

最后,借此来简要谈谈全球汽车缺芯情况。

现状

当下大多数汽车整车厂商因芯片不足已经或即将面临停产情况,而车用芯片中缺货最严重的的当属MCU芯片,涉及功能包括车身动力、车身控制、发动机控制单元、辅助驾驶等,相当于汽车的大脑。

在一辆汽车所装备的所有半导体器件中,MCU大概占三成,目前全球车规级MCU供应商主要集中在瑞萨、意法、恩智浦、德州仪器等。

此外功率半导体和传感器等产品供应也较紧张。

原因

缺芯根本原因:

①绝大多数汽车整车厂商将半导体业务外包,与晶圆厂深度绑定,其中台积电承担了全球约70%的MCU产量,但仅占台积电销售额的5%。而这次全球COVID-19大爆发导致晶圆厂MCU产能投放占比降低,汽车零部件工厂部分MCU库存耗光。

②与此同时,全球汽车产业特别是新能源汽车市场逆势上扬,远超需求预期,原厂IC供应严重不足,从而导致全球汽车供应链面临缺货危机。

③此外,汽车MCU芯片普遍使用工艺成熟的8英寸晶圆,但8英寸产线近十年鲜有增加,原有产线得不到更新,更为先进的12英寸晶圆产线也并没有得到汽车行业的大力支持。

这里要特别提到的是丰田,与其他整车厂不同,丰田是全球唯一一家有能力应对芯片短缺的汽车整车商。主要源于三个原因:①供应链控制极其稳定②精益的库存方案③自研核心MCU芯片。

其在1989年便开设半导体工厂用于设计和制造MCU芯片,直到2019年将其芯片制造工厂转让给日本电装,以整合供应商业务(电装广义上讲也是丰田集团的一部分)。

丰田对半导体设计和制造工艺的深入了解,是它成功避免受到缺芯冲击的主要原因。

短期情况

汽车供应链与3C供应链互相争抢半导体晶圆代工产能,若3C供应链不断接受涨价、接受付预付款,甚至也提议分摊部分晶圆厂扩产支出或是出现其他争抢措施,汽车产业链将雪上加霜。另一方面,2021年汽车销售量稳步成长,其中汽车电子化过程中,电动车半导体价值量约高出传统燃油车一倍,而中国是全球最大的汽车市场,对于短缺情况反应最为敏感,因此价格市场会一度陷入混乱。但关键点仍然在于COVID-19的延续性,一旦疫情反转,情况可能会迅速改变。

韩国政府对第三代半导体的发展越来越重视,仅是这三年便实施了多项举措,特别是在汽车半导体、5G领域。最近更是传出三星有意收购一家汽车半导体大厂,目标可能包括恩智浦,德州仪器,微芯和亚德诺等公司。在全球第三代半导体的争夺战中,韩国正在向欧美日巨头发起冲击。

封面图片来源:拍信网