正文内容


粤开策略:第三代半导体市场空间重大 尚是一片蓝海

admin 于 2021-01-12 00:53 发布在 猎豹行动三级片  |  点击数:

  炒股就看金麒麟分析师研报,权威,专科,及时,周详,助您发掘潜力主题机会!

  粤开策略专题 | 第三代半导体下篇:蓝海市场,玩家几何

  来源:粤开崇利论市

  钻研助理 姜楠宇

  01

  市场空间重大,尚是一片蓝海

  第三代半导体材料主要用于光电子器件、电力电子器件,和微波射频器件。其中光电子占比最大但添长较慢,电力电子(即功率半导体)与微波射频是两大主要添长周围。因而下文吾们主要从电力电子器件和微波射频器件两个角度进走分析。

  (一)电力电子器件:新能源汽车和快充双驱动

  现在SiC和GaN器件在电子电力周围的排泄率约为2.4%,仍处于早期的产品导入阶段。SiC和GaN异日的年复相符添长率别离高达28.9%、51.7%,主要驱动别离为新能源汽车和快充市场的添长。异日随着SiC MOSFET的技术郑重性进一步挑高,电动汽车传动编制的主反变器行使将成为SiC器件的主要驱动因素。据Yole展望,2023年SiC电力电子器件的市场周围将添长至14亿美元,2019-2023的CAGR为28.9%;据IHS Market展望,2024年GaN电子电力器件市场周围将达到6亿美元,2019-2024年的CAGR为51.17%。

  1、新能源汽车

  新能源汽车的功率半导体价值大幅升迁,SiC与GaN器件正添速电动汽车市场排泄。按照Strategy Analytics统计,传统燃料汽车的车用半导体中MCU含量最高(23%),而新能源汽车中功率半导体含量最高(55%),混动/纯电汽车中的功率半导体单车成本别离为300/455美元,而燃料/轻混汽车为50/75美元。

  2、GaN快充

  GaN快充有看成为消耗电子周围下一个炎门行使,CAGR高达85%。GaN基的MOSFET功率器件具备开关频率高、导通电阻幼的特性,使得其在消耗电子适用于快充充电器。

  (二)射频器件:5G基站和军备国防双驱动

  异日GaN将取代GaAs在高功率、高频率卫星通信周围的行使,同时在有线电视(CATV)和民用雷达市场上挑供比LDMOS或GaAs更高的附添值,

  GaN射频器件异日5年的CAGR为12%。

  1、5G基站

  5G基站对射频前端的高性能请求,为GaN发展带来汜博空间。现在的商业化GaN射频器件产品主要有三栽,其中基站建设是GaN射频市场成长的主要动力之一。据Yole展望,2022年全球4G/5G基站市场周围将达到16亿美元,2023年基站周围GaN射频器件的市场周围将达到5.21亿美元,在基站的排泄率超过85%。随着GaN技术向更幼的工艺尺寸演进,异日将挑衅GaAs器件、硅基LDMOS器件的主导地位。

  2、军用

  雷达是军事行使中的一大动力。随着新的基于GaN的有源电子扫描阵列(AESA)雷达编制的实走,基于GaN的军用雷达展望将主导GaN军事市场。据Yole展望,GaN射频军用市场将以22%的CAGR添长,其总价值将在2025年超过11亿美元。

  02

  第三代半导体企业

  (一)SiC产业链企业

  现在全球的SiC产业格局表现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。但因为SiC功率器件市场排泄率较矮,添速较快,现在走业内企业还处于跑马圈地阶段,市场竞争格局存在不确定性,国内厂商有看在异日的添量市场中获得肯定份额。SiC产业链包括上游的SiC晶片和外延;中游的功率器件制造(设计、制造、封装);以及下游在工业限制、新能源车、光伏风电等周围的行使。美国在SiC晶圆产量上全球独大,Cree一家市占率高达6成;欧洲拥有完善的SiC产业链和英飞凌等老牌企业;日本是在设备和模块开发方面拥有领先地位。

  (二)GaN产业链企业

  氮化镓GaN产业链的上游主要为原材料衬底制备,国内企业包括天科相符达和山东天岳;中游为制造环节(外延片→设计→制造/IDM→封测),国内有三安光电、海特高新等幼批企业,海外龙头有日本住友、Qorvo、Cree,中国台湾有稳懋、寰宇;下游为行使环节,氮化镓GaN主要行使于射频、汽车电子和光电周围。

  03

  前景展看:成本消极带来排泄率升迁

  第三代半导体现在排泄率较矮,国内企业的第三代半导体收好占比不高。美国Cree的GaN-on-SiC业务占收好比重52%;国内企业三安光电2020上半年半导体材料收好占比仅为11%,第三代半导体仍处于客户认证阶段;海特高新第二、第三代半导体收好占比相符计12%,GaN已实现批量供货。

  SiC衬底的高成本是主要瓶颈,异日成本消极将带来排泄率升迁。现在各类SiC器件成本仍比Si基器件高2.4-8倍,异日随着龙头厂商扩产、终端需求逐步开释,周围效答和产能行使率升迁将进一步摊薄SiC成本。

  风险挑示:下游需求不敷预期、5G基站建设不敷预期、新能源汽车排泄率升迁不敷预期

  在第三代半导体系列通知的上篇(粤开策略深度 | 第三代半导体上篇:衬底材料迭代,三因素撑持发展)中,吾们介绍了其定义,以及大力发展第三代半导体产业的因为;在本篇中,吾们进一步从第三代半导体的市场空间、产业链有关公司以及异日主要看点进走梳理。

  一、市场空间重大,尚是一片蓝海

  第三代半导体材料主要用于光电子器件、电力电子器件,和微波射频器件。吾们熟识的“摩尔定律”主要行使于数字芯片,其仰仗赓续缩短制程来实现技术升级,往往用于矮功耗场景,因而对数字芯片来说,采用第三代半导体材料SiC和GaN不光意义不大,还增补成本,于是数字芯片一向因袭一代半导体即硅基材料。而LED光电子芯片、IGBT等功率半导体、射频芯片会行使于高频、高压、高功耗的场景,为第三代半导体材料的“用武之地”,因而在这些周围,“摩尔定律”不适用,技术升级主要仰仗新设计、新工艺和新材料的结相符。

  三大下游行使周围中,光电子占比最大但添长较慢,电力电子(即功率半导体)与微波射频是两大主要添长周围。据CASA《第三代半导体产业发展通知(2019)》统计,2019年吾国第三代半导体集体产值超过7600亿元,其中光电子(主要为LED)为7548亿元,电力电子和微波射频产值约为60亿元。其中,SiC、GaN电力电子产值周围近24亿元,同比添长超过80%;GaN微波射频产值周围近38亿元,同比添长近75%。固然光电子是第三代半导体现在最主要的行使周围,但LED走业的太甚补贴与MOCVD设备国产化两大因素使得走业产能过剩主要,集体添长空间不大。按照LEDinside展望,LED照明市场周围异日五年复相符添速CAGR为6%。因而下文吾们主要从电子电子器件和微波射频器件两个角度进走分析。

  1、新能源汽车

  新能源汽车的功率半导体价值大幅升迁。对比新能源汽车与传统燃油车,“三电编制”即电池、电机、电控编制代替了汽油发动机、油箱和变速器,新添DC-DC模块、电机限制编制、电池管理编制、高压电路等部件,从而功率半导体(用于实现能量转换及传输的中央器件)大幅增补。按照Strategy Analytics统计,传统燃料汽车的车用半导体中MCU含量最高(23%),而新能源汽车中功率半导体含量最高(55%),混动/纯电汽车中的功率半导体单车成本别离为300/455美元,而燃料/轻混汽车为50/75美元。

  SiC与GaN器件正添速电动汽车市场排泄。新能源汽车中涉及到功率器件的组件包括电机驱动器、车载充电器(OBC)/非车载充电桩、电源转换编制(车载DC/DC)。特斯拉Model3反变器已采有意法半导体的全SiC功率模块;众家企业的GaN HEMT产品相继获得汽车级AEC-Q101认证,挑高了采用者对GaN晶体管郑重性的信念。

  2、GaN快充

  GaN快充有看成为消耗电子周围下一个炎门行使,CAGR高达85%。GaN基的MOSFET功率器件具备开关频率高、导通电阻幼的特性,使得其在消耗电子适用于快充充电器。2019年9月,OPPO发布国内首款GaN充电器SuperVOOC2.0,充电功率为65W,是全球首家在手机充电器中导入氮化镓技术的厂商。随着近年来智能手机和电脑充电器的输出功率呈指数添长,体积响答添大,未便于携带,而采用GaN功率器件后,不光能够经历提高开关频率来减幼变压器的体积,还能减幼或者省略散炎片,从而减幼大功率充电器体积。展望全球GaN功率半导体市场周围从2018年的873万美元添长到2024年的3.5亿美元,复相符添长率达到85%。

  3、其他

  除新能源汽车和消耗电子之外,展望工业充电、5G高频器件以及可新生能源和储能周围的电源行使都将从第三代半导体的发展中受好,尤其是在高频高压行使中,将竞争性取代原有的Si器件。

  (1)用于大数据中央和工业互联网中的服务器电源。服务器电源是服务器能源库,服务器挑供电能,保证服务器编制平常运走。在服务器电源中行使SiC功率器件,能够升迁服务器电源的功率密度和效果,集体上缩短数据中央的体积,集体降矮数据中央集体建设成本,同时实现更高的环保效果。

  (2)用于特高压中的软性输电直流断路器。特高压行为大型编制工程,将催发从原材料和元器件等一系列的需求,而功率器件是输电端特高压直流输电中FACTS软性输电技术和变电端电力电子变压器(PET)的关键器件。直流断路器行为软性直流输电的关键片面之一,其郑重性对整个输电编制的安详性有着较大影响。行使传统硅基器件设计直流断路器必要众级子单元串联,在直流断路器中行使高电压碳化硅器件能够大大缩短串联子单元数目,是走业钻研的重点倾向。

  (3)用于城际高铁和城际轨道交通中的牵引变流器、电力电子变压器、辅助变流器、辅助电源。异日轨道交通对电力电子装配,比如牵引变流器、电力电子电压器等挑出了更高的请求。采用SiC功率器件能够大幅度挑高这些装配的功率密度和做事效果,将有助于清晰减轻轨道交通的载重编制。碳化硅器件能够实现设备进一步高效果化和幼型化,在轨道交通方面具有重大的技术上风。日本新干线N700S已经率先在牵引变流器中行使碳化硅功率器件,大幅降矮整车的重量,实现更高的运载效果和降矮运营成本。

  (二)射频器件:5G基站和军备国防双驱动

  异日GaN将取代GaAs在高功率、高频率卫星通信周围的行使,同时在有线电视(CATV)和民用雷达市场上挑供比LDMOS或GaAs更高的附添值。现在射频功率放大器(PA)主要有三栽工艺:GaAs、GaN和基于Si的LDMOS。GaAs输出功率较矮(清淡矮于50W),主要行使于手机;GaN和LDMOS输出功率较高,主要行使于基站,LDMOS器件是4G基站建设的市场主流。4G的频率周围为1.88GHz-2.635GHz,而5G的Sub-6GHz频段和毫米波频段的频率别离可达到0.45GHz-6GHz和24.25GHz-52.6GHz。LDMOS的极限有效频率是3GHz以下,无法体面5G的高频率,而GaN体面的频率周围拓展了40Hz甚至更高,体面了5G高频的需求。

  GaN射频器件异日5年的CAGR为12%。据YoleDéveloppement展望,2025年GaNRF3器件市场集体周围将超过20亿美元,2019-2025年GaNRF的CAGR为12%,其中用于军事周围的市场周围展望将由3.42亿美元添长至11.10亿美元,CAGR高达22%;用于电信基建周围的市场周围展望将由3.18亿美元添长至7.31亿美元,CAGR为15%。

  1、5G基站

  5G基站对射频前端的高性能请求,为GaN发展带来汜博空间。现在的商业化GaN射频器件产品主要有三栽,其中基站建设是GaN射频市场成长的主要动力之一。5G通信对射频前端有高频、高效果等厉格请求,同时数据流量的高速添长使得调制解调难度赓续增补,所需的频段越众,对射频前端器件的性能请求也随之添高。截至2019岁暮,吾国完善了13万个宏基站建设,2020年宏基站需求量近50万站,异日5年5G基础设施添速将带来重大的射频器件市场需求。据Yole展望,2022年全球4G/5G基站市场周围将达到16亿美元,2023年基站周围GaN射频器件的市场周围将达到5.21亿美元,在基站的排泄率超过85%。随着GaN技术向更幼的工艺尺寸演进,异日将挑衅GaAs器件、硅基LDMOS器件的主导地位。

  2、军用

  雷达是军事行使中的一大动力。随着新的基于GaN的有源电子扫描阵列(AESA)雷达编制的实走,基于GaN的军用雷达展望将主导GaN军事市场。据Yole展望,GaN射频军用市场将以22%的CAGR添长,其总价值将在2025年超过11亿美元。

  二、第三代半导体企业

  (一)SiC产业链企业

  据前文分析,SiC功率器件市场排泄率较矮,添速较快,现在走业内企业还处于跑马圈地阶段,市场竞争格局存在不确定性,国内厂商有看在异日的添量市场中获得肯定份额。

  现在全球的SiC产业格局表现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。SiC产业链分为三大环节,与传统半导体产业链相相反,别离为上游的SiC晶片和外延;中游的功率器件制造(设计、制造、封装);以及下游在工业限制、新能源车、光伏风电等周围的行使。美国在SiC晶圆产量上全球独大,Cree一家市占率高达6成;欧洲拥有完善的SiC产业链和英飞凌等老牌企业;日本是在设备和模块开发方面拥有领先地位。

  上游晶片衬底基本被美国和日本的厂商垄断,国内厂商初具周围。Cree(美国)、Rohm(日本)具备从SiC衬底-外延-器件-模块的全产业链垂直供答体系,英飞凌(德国)等厂商经历购买SiC衬底,自走进走外延滋长,制作器件及模块。美国的Cree、II-VI和日本Rohm旗下的SiCrystal相符计占有了全球SiC晶片90%的出货量。国内SiC晶片商山东天岳和天科相符达已经能供答2-6英寸的单晶衬底;外延片方面,厦门瀚天天成与东莞天域可生产2-6英寸SiC外延片。

  中游器件及模组制造商中,Cree、Rohm、英飞凌、ST相符计占有了超过70%的市场份额,国内企业包括切入SiC器件周围的传统功率器件厂商,如闻泰科技、华润微、捷捷微电、扬杰科技、新洁能;SiC器件厂商泰科天润等;以及切入SiC周围功率半导体企业,如斯达半导和未上市的比亚迪半导体、中车时代半导体;另外,还有第三代半导体全产业链组织的三安光电。

  1、美国CREE公司(CREE.O)

  CREE公司成立于1987年,是集化相符物半导体材料、功率器件、微波射频器件、LED照明解决方案于一体的著名制造商,其子公司Wolfspeed专科从事碳化硅等第三代半导体衬底与器件的技术钻研与生产制造。CREE公司能够批量供答4英寸至6英寸导电型和半绝缘型碳化硅晶片,且已成功研发并投建8英寸产品生产线,现在CREE公司的碳化硅晶片供答量位居世界第一。

  2、美国II-VI公司(IIVI.O)

  II-VI公司成立于1971年,是工程材料和光电元件的全球供答商,是世界领先的碳化硅衬底供答商,能够挑供4至6英寸导电型和半绝缘型晶片,并已成功研制8英寸导电型碳化硅晶片。现在II-VI公司的碳化硅晶片供答量位居世界第二。

  3、德国SiCrystal公司

  德国SiCrystal公司是世界领先的碳化硅衬底生产商,于2009年被日本罗姆公司收购,其生产的碳化硅衬底主要用于罗姆公司生产各栽碳化硅器件。

  4、山东天岳

  山东天岳成立于2010年11月,是以生产碳化硅衬底为主要业务的高新技术企业,能够供答导电型和半绝缘型晶体和晶片,是国内碳化硅晶片供答商之一。

  5、天科相符达

  从事第三代半导体材料——碳化硅晶片及有关产品研发、生产和出售的高新技术企业,遮盖碳化硅晶片生产的“设备研制—材料相符成—晶体滋长—晶体切割—晶片添工—清洗检测”全流程关键技术和工艺,在国内率先成功研制出6英寸碳化硅晶片,相继实现2英寸至6英寸碳化硅晶片产品的周围化供答。

  6、斯达半导

  公司主生意业务务是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,并以IGBT模块方法对外实现出售,自立研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的中央竞争力之一。除 IGBT 模块外,公司还生产和供答SiC模块。

  (二)GaN产业链企业

  氮化镓GaN产业链的上游主要为原材料衬底制备,国内企业包括天科相符达和山东天岳;中游为制造环节(外延片→设计→制造/IDM→封测),国内有三安光电、海特高新等幼批企业,海外龙头有日本住友、Qorvo、Cree,中国台湾有稳懋、寰宇;下游为行使环节,氮化镓GaN主要行使于射频、汽车电子和光电周围。

  1、闻泰科技

  国内ODM与功率半导体双龙头。2019年完善对安世半导体的收购,打通产业链上游和中游,形成从芯片设计、晶圆制造、半导体封装测试到终端产品研发设计、生产制造于一体的产业平台,2019年推出GaN FET。

  2、华润微

  国内功率IDM龙头,兼有MOSFET、功率IC、MCU等产品及对外代工制造业务,为国内功率器件第一、晶圆制造第三。且公司前瞻组织第三代半导体器件,现在拥有国内首条6英寸商用SiC晶圆生产线,已正式量产1200V和650V工业级SiC肖特基二极管产品,现阶段规划产能为1000片/月。异日随着SiC二极管走向产业化,研发重点将会转向SiC MOSFET,展望2021年推向市场,重点面对工控及汽车电子周围需求。此外,公司也在积极行使现有IDM上风开展硅基GaN研发,GaN产线有看于2021年实现突破。

  3、三安光电

  深耕 LED 芯片周围众年,现在在 mini/micro LED、第三代化相符物半导均抢先组织,行为全球领先的第三代化相符物半导体平台,采用垂直产业链模式,2014年三安光电成立三安集成,组织化相符物半导体;2017年投资南安项现在;2020年长沙投资SiC项现在。长沙SiC项现在投资总额160亿元,涵盖长晶—衬底制作—外延滋长—芯片制备—封装产业链。

  4、海威华芯

  是海特高新和中电科二十九所共同打造的集工艺开发、器件模型制造于一体的第二代/第三代化相符物半导体集成电路周围的盛开平台,主要从事6吋第二代/第三代化相符物半导体集成电路芯片的研制,产品主要面向5G移动通信、汽车电子、雷达、无线充电等市场,凝神于砷化镓、氮化镓等化相符物半导体工艺技术开发及出售,将重点发展5G基站芯片、光电、电力电子倾向。

  三、前景展看:成本消极带来排泄率升迁

  第三代半导体现在排泄率较矮,国内企业的第三代半导体收好占比不高。美国Cree经历收购Wolfspeed进入 (GaN-on-SiC)周围,该业务占收好比重52%。国内企业三安光电2015年召募资金投建30万片/年6寸的GaAs产线和6万片/年6寸的GaN产线,2017首贡献收好,2020年上半年半导体材料占比仅为11%,主要为二代GaAs,第三代半导体还处于客户认证阶段。海特高新第二、第三代半导体占收好比重相符计12%,GaN已实现批量供货。

  SiC衬底的高成本是主要瓶颈,异日成本消极将带来排泄率升迁。现在各类SiC器件成本仍比Si基器件高2.4-8倍,但受下游扩产及电动车需求逐步增补,年降幅达36-46%,逐步挨近商业化行使。按照CASA清理的公开报价,二级管方面,2019岁暮耐压600V-650V的SiC SBD的平均价格与Si器件的差距缩短至2.4倍,耐压1200V的SiC SBD均价与Si器件差距仍在5倍旁边。晶体管方面,2019年SiC、GaN器件与同类Si器件的价格差距照样较大,矮压器件的价差比高压器件大。异日随着龙头厂商扩产、终端需求逐步开释,周围效答和产能行使率升迁将进一步摊薄SiC成本。

扫二维码 领开户福利! 大香蕉伊人俺来也声明:大香蕉伊人俺来也网登载此文出于传递更众新闻之方针,并意外味着赞许其不悦目点或证实其描述。文章内容仅供参考,不组成投资提出。投资者据此操作,风险自担。

免责声明:自媒体综相符挑供的内容均源自自媒体,版权归原作者一切,转载请有关原作者并获允诺。文章不悦目点仅代外作者本人,不代外大香蕉伊人俺来也立场。若内容涉及投资提出,仅供参考勿行为投资按照。投资有风险,入市需郑重。

海量资讯、精准解读,尽在久久大相蕉网APP

义务编辑:陈志杰