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作者：暢秋
近期，業(yè)內完成了一起并購案，美國功率器件大廠Wolfspeed以1.25億美元的價格，將其射頻業(yè)務（Wolfspeed RF）出售給了美國另一家模擬和混合信號芯片廠商MACOM Technology。
在出售的射頻業(yè)務中，還包括GaN-on-SiC（以SiC為襯底的GaN芯片技術）產品組合及其專利，主要用于制造射頻芯片），這部分業(yè)務的主要應用領域是航空航天、國防、工業(yè)和電信。
對于這起并購案，Wolfspeed總裁兼首席執(zhí)行官Gregg Lowe表示：“鑒于在汽車，工業(yè)和可再生能源市場看到的顯著增長，我們相信現在是進一步專注于擴展功率器件和材料業(yè)務以滿足這一市場需求的正確時機，”可見，長期以來一直押注功率半導體的Wolfspeed，這次又進一步，干脆將射頻業(yè)務賣掉了，把全部精力都集中在了功率器件方面。
相對于Wolfspeed，MACOM更加關注射頻業(yè)務，近些年，該公司一直在發(fā)展新興射頻技術，特別是基于GaN的射頻芯片，它在手機基站應用中如魚得水，替代傳統(tǒng)LDMOS芯片的勢頭很猛，具有很好的發(fā)展前景。因此，此次收購到Wolfspeed RF業(yè)務，對MACOM的GaN技術和產品水平提升有很大幫助。
可以看到，Wolfspeed和MACOM在兩條不同的發(fā)展路徑上行走，且集中度在不斷提高。
?01、SiC和GaN的應用路徑
作為第三代半導體材料工藝的代表，SiC和GaN一直備受關注，且有很多行業(yè)知名半導體企業(yè)投入大量資金和人力在它們上面，以期在未來競爭中占據有利位置。
無論是SiC，還是GaN，都可以在功率半導體領域發(fā)揮獨特作用，這是由它們自身的材料特性（禁帶寬度、擊穿電壓、耐高溫等性能）決定的。不過，從目前的發(fā)展情況來看，這兩種材料在實際應用中還是存在明顯差異，SiC在功率半導體，特別是高壓（800V以上）應用領域發(fā)展迅猛，電動汽車是典型代表，由于市場空間廣闊，SiC幾乎成為先進功率器件的代名詞。而GaN則更傾向于在射頻應用領域拓展，它在功率器件方面的拓展步伐不如SiC，目前來看，更多的是在中小功率應用方面，典型代表是手機充電器。
SiC的應用介紹起來相對簡單，因為它只用在高壓功率半導體領域。
2017年，特斯拉在Model 3的逆變器中采用了SiC MOSFET，目前，多家電動汽車制造商在推出的多種車型中都使用了SiC。SiC器件主要由英飛凌、安森美、羅姆和Wolfspeed提供。
在電力電網應用方面，由于電壓極高，SiC器件非常適合用于額定電壓為3 kV及以上設備的超高壓功率轉換，可實現穩(wěn)定電網、將交流電轉換為直流電并在傳輸級電壓下再次轉換回交流電等。
GaN的應用相對復雜一些，因為它既可以用于功率器件，也可用于射頻器件。
在射頻應用方面，5G基站是GaN的主戰(zhàn)場，它的速度和高功率密度明顯優(yōu)于以硅材料為基礎的LDMOS器件，目前，雖然LDMOS的性能較低，但憑借成本優(yōu)勢，依然占有相當大的市場份額，不過它更多應用在4G和3G網絡當中，而GaN在4 GHz以上頻率應用中是沒有真正競爭對手的，未來，隨著5G網絡的普及和器件成本的下降，GaN在射頻應用領域還有很大拓展空間。
另外，在雷達應用領域，GaN也有很好的應用前景。目前，美國軍方正在部署許多使用GaN器件的地面雷達系統(tǒng)，包括諾斯魯普-格魯曼公司為美國海軍陸戰(zhàn)隊建造的地面/空中任務導向雷達和有源電子掃描陣列雷達，雷神公司的SPY6雷達已交付給美國海軍，并于2022年 12月首次在海上進行測試，該系統(tǒng)極大地擴展了艦載雷達的范圍和靈敏度。
GaN在功率半導體領域也有應用，不過不如SiC市場規(guī)模那么大，且GaN主要集中在中低功率應用領域。
從2019年開始，GaN Systems、Innoscience、Navitas、Power Integrations和Transphorm等公司開始推出基于GaN的消費類電子產品充電器，高開關速度（300 kHz，效率高于92%），相對低的成本，以及低功率（25W- 500 W）工作特性使GaN非常適合這方面的應用。
微型逆變器或傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)對數據中心至關重要，與電池相結合，它們可以組成不間斷電源，此外，所有數據中心都使用功率因數校正電路，該電路調整電源的交流波形以提高效率。在這方面，GaN可以提供低損耗和經濟的解決方案，未來有替代硅器件的發(fā)展趨勢，不過，就目前情況來看，GaN在數據中心和云計算領域的應用規(guī)模還較小，大部分市場份額依然被硅器件占據著。
?02、市場競爭加劇
以上介紹了SiC和GaN的應用特點，以及主要應用領域。隨著應用的拓展和技術的不斷成熟，相應的市場空間越來越大，各大廠商的市場爭奪戰(zhàn)也越來越激烈，特別是在SiC領域，由于可見的蛋糕更大，廠商之間的競爭不斷升級，此次，Wolfspeed將其射頻業(yè)務出售給MACOM，集中精力發(fā)展功率半導體業(yè)務（當然，除了SiC，Wolfspeed也在發(fā)展GaN功率半導體應用）。
縱觀Wolfspeed近些年的發(fā)展歷程，可以清晰地看出該公司不斷集中精力和資源發(fā)展功率半導體業(yè)務的決心。Wolfspeed公司原名為Cree，2016年7月，英飛凌同意以8.5億美元收購Cree旗下的Wolfspeed業(yè)務部門（主營RF和電力電子業(yè)務），然而，由于兩家公司無法解決監(jiān)管機構提出的國家安全問題，該交易于2017年2月被取消；2018年3月，Cree反過來以3.45億歐元收購了英飛凌的射頻業(yè)務；2019年5月，Cree將其照明產品部門出售給了Ideal Industries Inc；2019年9月，Cree宣布投資10億美元在紐約Marcy的半導體制造工廠建設世界上最大的SiC晶圓廠；2020年10月，Cree將其LED業(yè)務以3億美元的價格出售給了SMART Global Holdings；2021年10月，Cree更名為Wolfspeed，充分表達出押注功率半導體，特別是SiC市場的決心。
近兩年，以Wolfspeed為代表，全球各大知名半導體廠商在爭奪全球SiC霸主方面的動作越來越大，也越來越頻繁。
近期，瑞薩電子證實，該公司已向Wolfspeed支付了SiC功率器件訂單的第一筆錢10億美元，明年將再支付其余款項。英飛凌和Wolfspeed一直在爭奪全球SiC老大的位置，今年5月，Wolfspeed在紐約州莫霍克（Mohawk）谷的全自動8英寸SiC晶圓廠出貨了第一批產品。2022年9月，Wolfspeed宣布在北卡羅來納州查塔姆縣靠近其達勒姆（Durham）總部的地方投資約13億美元，建造一座大型SiC晶圓廠，工廠臨近該公司已建成的達勒姆SiC襯底工廠，而新工廠的建成也將使它們的SiC產能增加10倍，主要生產8英寸SiC襯底，供貨給紐約莫霍克谷工廠。
?03、對此，英飛凌也不甘示弱
未來5年，英飛凌將在其馬來西亞三號廠區(qū)的第二階段建設期間，向Kulim晶圓廠投資50億歐元，該公司表示，這超出了2022年2月宣布的原始投資，并將創(chuàng)建世界上最大的8英寸SiC晶圓廠。據悉，計劃中的擴張得到了客戶的支持，包括來自汽車和工業(yè)應用約50億歐元的新設計訂單，以及包括法國施耐德電氣在內的客戶約10億歐元的預付款。
在半導體市場低迷的當下，客戶為SiC晶圓廠支付的預付款顯著增加了芯片制造商的現金流，這有助于功率半導體業(yè)務抵御市場其它版塊周期性變化帶來的負面影響，并及時提高產能，以適應電動汽車和可再生能源的應用需求，以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風力渦輪機和電池儲能系統(tǒng)所需的逆變器市場的快速增長。
英飛凌的投資將使該公司2030年的SiC年營收潛力達到70億歐元，同時計劃將Villach和Kulim的8英寸傳統(tǒng)硅晶圓廠轉換為SiC產線。采取這些措施的目標是在未來10年內實現占全球30%市場份額的目標。英飛凌表示，該公司2025財年的SiC營收將超過10億歐元。
英飛凌擁有6個汽車OEM客戶，其中3家來自中國大陸，包括福特、上汽和奇瑞，另外，還有SolarEdge，以及3家領先的中國光伏和儲能系統(tǒng)公司。
安森美半導體也是SiC器件大廠，該公司已經為汽車和可再生能源應用的設備簽訂了超過20億美元的長期供貨協(xié)議。
除了以上這幾家公司，2023上半年，意法半導體、三菱電機、羅姆、Soitec等都在擴產，意法半導體在1月宣布斥資40億美元用于擴產12英寸晶圓和增加SiC制造能力，又在6月與三安光電合資成立了8英寸SiC器件制造合資企業(yè)，建設總額預計達到32億美元。
中國本土廠商也在擴建SiC晶圓產能，例如，中車時代電氣將投資111.19億元建設中低壓功率器件產業(yè)化項目；長飛先進計劃建設第三代半導體功率器件生產項目，包括外延片、晶圓制造、封測等產線，建設完成后將形成6英寸SiC晶圓及外延片36萬片/年的產能；比亞迪計劃斥資2億元，在深圳建設SiC外延片中試線項目，擴建后將新增SiC外延片產能6000片/年，總產能達18000片/年。
以上主要介紹了各大廠商在SiC方面的競爭，下面看一下GaN。
與SiC類似，GaN產業(yè)鏈也由襯底、外延片、器件設計、制造組成。隨著GaN市場規(guī)模的擴大，襯底需求也隨之增長，在整個產業(yè)鏈上，襯底所占比重較大，價值最重，制造工藝難度和門檻最高。就成本而言，襯底占整個產品制造的50%左右，因此，晶圓尺寸越大，成本效益越好，目前，SiC襯底以6英寸為主，8英寸晶圓有一些出貨量，但由于制造難題較大，出貨量還比較小。與SiC相比，GaN的襯底尺寸就更小了，目前以4英寸和6英寸為主，8英寸的還難以商業(yè)化。
按襯底類型劃分，GaN主要有4種，分別是GaN-on-SiC，GaN-on-Si，GaN-on-Sapphire，GaN-on-GaN，其中，GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件已商用，但前者較貴，后者相對便宜，MACOM原本就是以GaN-on-Si為主攻方向，此次，收購Wolfspeed射頻業(yè)務后，得到了GaN-on-SiC相關技術和專利，有望在這方面有所拓展。GaN-on-GaN各項性能指標都很高，但襯底價格過于昂貴，目前很難商用。
基于GaN-on-SiC襯底的外延片主要用于制造射頻器件，GaN-on-Si外延片主要用于制造功率器件，GaN-on-Sapphire和GaN-on-GaN外延片主要用于制造光電器件，這種光電器件在Mini LED、Micro LED、傳統(tǒng)LED照明領域應用優(yōu)勢突出。
在商業(yè)拓展方面，今年3月，英飛凌以8.3億美元收購了GaN Systems，這是近年來GaN市場最為引人關注的并購案。
綜上，對于全球兩大專注于功率器件的半導體廠商（Wolfspeed和英飛凌）而言，它們的發(fā)展策略殊途同歸，無論是SiC，還是GaN，都要抓住，全方位拓展未來的功率半導體市場。
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