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5G到底为化合物半导体创造了多大的“钱景”?

核心提示:随着5G技术对性能要求的不断提高,传统的硅基材料的性能局限性逐步显现,化合物半导体相比硅半导体具有高频率和大功率等优异性能,以砷化镓、氮化镓、碳化硅等为代表的化合物半导体,正在快速崛起走向通信市场。

研究机构IHS Markit数据显示,全球半导体产业在过去一年时间里处于巨大衰退之中,2019年营收将比去年下降近13%。虽然半导体产业在2019年出现了衰退现象,但是业界普遍保持积极态度,同时多家分析机构认为,半导体行业将在2020年复苏。尤其是5G技术、人工智能(AI)、大数据以及物联网(IoT)、汽车电子等新兴应用的爆发,成为了驱动半导体行业持续发展的推动力。

目前中国已经正式进入5G商用阶段,为更快地布局、应用5G技术,除了运营商在加快推进5G商用以外,各省份也在加紧脚步,进入5G商用 “赛跑”阶段,京津冀、长三角、珠三角等地已陆续发布协同发展方案。

比如,国内今年部署的5G基站将达到10万个,预计到2020年,国内将有40-80万个5G基站的建设需求。5G商业化的速度之快,作为5G关键电子元器件之一的化合物半导体也再次站到了风口浪尖,引发了新一轮产业洗牌和变革。

随着5G技术对性能要求的不断提高,传统的硅基材料的性能局限性逐步显现,化合物半导体相比硅半导体具有高频率和大功率等优异性能,以砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等为代表的化合物半导体,正在快速崛起走向通信市场。

GaN材料本身的特性让它们拥有高可靠性、高带宽和支持更高频率的特点,可以说GaN射频器件兼具Si器件的大功率和GaAs器件的高频率特性。这样的特性使得其成为目前最适合 5G 基站 PA(射频功率放大器)的材料。为了应对2.4 GHz以上频段Si器件工作效率不高的问题,4G通信基站开始使用GaN功率放大器。目前约10%的基站采用GaN技术。全球每年新建约150万座基站,未来5G网络还将补充覆盖区域更小、分布更加密集的微基站。赛迪智库预计2020年GaN射频器件市场将超过6亿美元。

同时,大规模建设的5G促使GaAs器件市场需求愈加旺盛。据Technavio统计,2018年全球GaAs晶圆市场规模达到9.4亿美元,2019年约为10.49亿美元,预计2021年该市场将达到12.69亿美元的规模。

据了解,虽然目前在射频器件领域中LDMOS、GaAs、GaN三者占比相差不大,但是Yole development预测显示,到2025年,GaAs市场份额基本维持不变,GaN有望替代大部分LDMOS份额,占据射频器件市场50%左右的份额。

可见,GaAs和GaN将成为市场的主力选手。而目前全球仅有稳懋、宏捷科技、寰宇、Qorvo等少数企业具备规模化量产化合物半导体的代工服务。

发达国家已完成化合物半导体的战略布局。美国和欧洲在21世纪初开始组织技术和产业扶持工程,培育了一批龙头企业,已占领技术和市场的高地。比如在砷化镓产业链方面,先进设计与技术还主要掌握在国际 IDM 大厂手中,衬底市场则是日本、美国等厂商占据主导地位;外延生产则基本是由IQE、台湾全新光电所垄断;晶圆代工依然是稳懋一家占大头。

在氮化镓产业链上,国内企业的声音同样还比较小。例如Qorvo、Skyworks 等公司在用于通信基站的氮化镓器件方面实力雄厚;同时美国厂商基本垄断大功率射频器件。

由此看来,化合物半导体迎来发展机遇的同时,也存在不少的挑战。由于材料的特殊性和生产制备的复杂性,化合物半导体与成熟的硅基半导体产业不同,其产业链技术的成熟度还有很大的成长空间。其次在制程工艺方面,化合物半导体与存储器和逻辑器件有很大区别,并不追求很先进的工艺节点,基本不需要60nm以下的制程工艺。这主要是因为化合物半导体面向射频、高电压、大功率、光电子等应用领域,无需先进制程。

根据中信投建的保研显示,近期稳懋产能满载,预计将进机台扩产。龙头厂商产能进入满载周期,给我国大陆化合物半导体生产厂商带来了商机。不过国内的化合物半导体代工领域的玩家并不很多,只有三安光电、海特高新等少数企业能提供高水平代工业务。

业界人士认为,作为5G网络建设龙头企业,华为出于供应链安全的因素考量,将扶持更多的国产供应商,这样一来,国产化合物半导体供应商有望受益于行业高前景的同时,还能受到国家与产业链企业的战略扶持。

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