不可忽视的中国台湾射频三雄

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2021-09-10 09:04

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随着5G时代的到来,射频PA市场的发展受到了市场的关注。从目前市场来看,射频PA可以分为CMOS、GaAs(砷化镓)、GaN(氮化镓)三大技术路线。其中,GaAs作为当前最成熟的化合物半导体材料之一,已经经历了3G、4G进化到5G时代,是射频PA的重要基石。

Skyworks、Qorvo、博通(Avago)、村田在射频PA市场中占据着主导地位,而站在他们的背后,则是稳懋、全新、宏捷科为代表的GaAs晶圆代工的台系厂商,他们也是PA市场当中不能忽视的一股力量。

台系厂商的实力


稳懋半导体成立于1999年,是GaAs代工领域的龙头,利用其HBT、pHEMT等核心技术能力,他们可为PA与高速switch IC等GaAs元件进行代工,据了解,其的主要客户包括Renesas、博通、RDA(锐迪科微电子)、Anadigics、Skyworks与Murata等射频元件大厂。目前市场中的多数智能手机内的PA或RF(射频)组件皆由稳懋代工。

就PA领域而言,根据钜亨网在2011年的报道显示,稳懋目前已是博通在GaAs元件布局中最重要的合作代工厂,其GaAs元件部分几乎全数委外代工生产,因此博通在射频元件市场上与稳懋成长动能息息相关。而博通也是iPhone的PA(功率放大器)供应商之一,因此,稳懋可望直接受惠。

2019年底市场中传出消息称,博通有意出售其无线芯片业务,对此,天风国际证券分析师郭明也分析称,PA代工大厂稳懋的PA业务成长动能恐受影响。但从稳懋方面的态度来看,他们仍对PA扩产抱有信心,他们认为在5G的推动下,他们的PA业务仍具有较高的成长。当时,也有美系外资称,客户A与苹果的PA订单属于两年长约,稳懋仍将包含iPhone在内等中高阶PA零组件领域,保有业界无法撼动的领先地位。

结合稳懋在今年发布的财报中看,的确,在5G的推动下,PA业务的成长对他们日显重要。根据其财报显示,稳懋今年前八月合并营收165.88亿元,年增1.6%。稳懋先前于法说会预估,在客户订单以及市场需求催动下,其第3季营收将季增7%至9%,毛利率落在34%至36%,而5G PA占比将持续提升。

全新光电是亚洲第一大化合物磊晶厂,根据相关报道显示,目前市场传出磊晶片厂全新光电、6吋三五族晶圆代工厂宏捷科等陆续切入高通2021年初5G解决方案之PA供应链,且为4G、5G都可兼用的新产品,最快今年第4季可望小量生产。

而在全新光电看来,其2021年成长动能将主要来自车用PA、5G智能手机以及WiFi 6渗透率的提升,其中尤其看好WiFi 6市场应用——由于WiFi 6频率较高而转向GaAs芯片——而全新在第一代产品中并未切入台系大厂,但其第二代产品已通过客户第三次验证,可望顺利成为合格供应商。

宏捷科承担了一部分Skyworks的产能。根据MoneyDJ的报道显示,自去年下半年开始,Skyworks已经被iPhone 12需求以及4G PA需求挤爆,产能满载之下,Skyworks又面临即将到来的iPhone新机循环,必须将溢出订单予宏捷科,包括4G、5G PA订单都会有一部分外包给宏捷科。

宏捷科也在其7月召开的股东会议上表示,宏捷科今年持续优化4G手机PA外,去年开始进入的5G手机PA,已陆续完成美国、日本、中国等客户认证,预计今年下半年出货量将大幅增加。

从上述信息中可以看到,稳懋、全新、宏捷科均与PA大厂建立了合作关系,这为他们的在PA领域的发展奠定了基础。而在5G应用以及产能紧缺的推动下,他们又凭借着自身的优势,率先切入到了最新一代的终端应用中,这也使他们的地位得以进一步的巩固。

射频市场变局,台系厂商的下一步


稳懋、全新、宏捷科在射频领域的崛起,都离不开手机PA市场的增长。根据东方证券的报告显示,5G手机需要更多的PA,有望从4G手机的7个增长到10个,而且5G高频时代,相比Si CMOS PA,GaAs PA在输出功率、工作频率等方面的性能更优,渗透率将会持续提升。此外,手机WIFI PA和路由器WIFI PA对GaAs需求也有望保持快速增长。

在这种市场趋势的推动下,稳懋、全新、宏捷科也纷纷部署了扩产计划。具体来看,目前稳懋月产能约4.1万片。稳懋曾在其法说会中表示,未来南科新厂加入后,月产能最大可达14万至15万片,南科新厂预计三年后开始投产,现阶段建厂进度相当不错。

全新则早在2018年就罕见地投入10亿元资本支出购买机台、进行扩厂以全力争取中国大陆市场市占率。在此之后,全新又计划在今年添购5-10台MOCVD机台,将其产能增加约1-2成。中国台湾媒体报道显示,这也是继2018年后,全新最大规模的投资,全新董事长陈建良乐观看待全新后续营运发展,认为在可见的将来,全新合并营收将实现年年增。

宏捷科也为强化其全球代工地位,在去年便引资中美晶获得34.965亿元资金。根据宏捷科规划,除偿还银行借款5亿元之外,其余29.965亿元将全数扩充产能,将以每年5000片为基础扩充,预期2023年月产能可望较现在翻倍,增至30000片。

而除了扩产之外,射频市场同样存在着变局,以GaN为材料的PA成为了各大射频厂商的新的发展方向。由此,也引发了市场对于GaAs PA未来的思考。

在半导体行业观察此前发布的 《GaAs PA还有未来吗?》 一文当中曾指出,随着5G的到来,Qorvo 预测,8GHz以下GaAs仍是主流,8GHz以上GaN替代趋势明显。GaN(GaN)作为一种宽禁带半导体,因具有高功率密度、能耗低、适合高频率、支持更宽带宽等特点,国际射频PA巨头已经在GaN上投入了巨额资金研究。

从这种预测上看,也就是说明,GaAs PA与GaN PA在未来一段时间中将在不同应用领域各自发挥其优势。根据相关报道显示,GaN 具有更高功率密度和更小损耗,GaN HEMT相比GaAs体积下降82%,这也让GaN成为5G宏基站PA的最佳材料。那么,GaN未来是否能够被应用于手机等消费产品当中,冲击GaAs PA市场?对此,Yole在其报告中曾指出,对于手持设备,GaN的高性能和较小的外型封装可能会吸引OEM。是否采用GaN PA将取决于GaN的技术成熟度、供应链、成本,以及OEM的策略在接下来五年中的变化。

虽然GaAs PA在市场中仍具有发展潜力,但对于GaAs代工厂商来说,抢占新的市场先机,扩大业务范围也能够保障他们的市场地位,因此,他们也纷纷针对GaN领域做出了布局。以稳懋为例,根据财新在今年3月的报道显示,稳懋10 年前就开始研究第3代半导体,并于3年前就开始交货。但就市场情况而言,目前第3代半导体产值相对仍低,以稳懋的产能来看,目前800片晶圆就可以满足大部分客户的需求,占稳懋营收也仅约5%;相较之下,GaAs的产能达4万片。但值得注意的是,就成长率来看,稳懋 2020 年GaAs整体出货成长为 20%,但GaN产值年成长却高达50%。

新的对手,能否撼动台系厂商地位


在台系厂商加大扩产并迈向第3代半导体的过程中,也出现了不少新玩家,这些玩家的到来,对于他们来说意味着什么?

就国内发展情况而言,此前受到贸易环境的影响,有市场消息称,华为将其PA释单给国内的三安集成。从三安集成方面来看,三安早在2014年就已经透过转投资三安集成发展PA芯片主要GaAs材料,成为大陆第一家研发与生产化合物半导体的芯片厂。2017年底,三安光电更斥资人民币333亿元(约新台币1,461亿元),在福建泉州南安高新技术产业园区投资三五族化合物半导体材料。截止至2020年上半年三安集GaAs射频出货客户累计将近 100 家、GaN射频产品重要客户产能正逐步爬坡。

海威华芯在2019年3月份发布了其0.15微米 GaAs HEMT射频工艺技术(0.25微米已成功开发),产品为PPA15芯片,为中高频类毫米波的核心工艺,可支持的产品种类包括功率放大器等,据了解,海威华芯目前主要代工民用产品为PA器件,应用于蓝牙、Wi-Fi领域.

杭州立昂微电子股份有限公司在今年1月发布公告,投资5亿元在浙江海宁市设子公司,海宁立昂东芯微电子有限公司(暂定名,以下简称“海宁公司”)。专项负责推进、实施微波射频集成电路芯片项目。据了解,该项目建成后预计年产 36 万片6英寸GaAs/GaN微波射频集成电路芯片。其中包括年产18万片GaAs HBT和pHEMT芯片,年产12万片垂直腔面发射激光器 VCSEL 芯片,年产6万片GaNHEMT芯片。PA也是他们的一大发力领域之一。

国内厂商在GaAsPA代工方面虽取得了一些成绩,但就市场占有率上看,依旧与台系厂商有着较大的差距。

从技术上看,国内厂商的一大挑战在于Ruggedness,Ruggedness是指输出端所能承受的最大VSWR;由于天线的输入阻抗在外界环境变化时会有很大的变化,应此PA输出端往后级看到的阻抗也会有很大的变化,这个变化为导致PA的输出端VSWR非常大。因此,PA设计完成后,必须通过完整的Ruggedness测试来确保PA的可靠性。

慧智微在其官方微信发布的文章中也曾指出,PA Ruggedness设计是一个复杂工程,与器件物理、电路设计、系统应用均相关。在PA设计中,一定要对Ruggedness仔细设计,才可以确保手机在各种环境应用中,均不会出现“烧片”。

据相关人士介绍,Ruggedness与工艺很大关系,这对于国内工厂来说是一种挑战。

写在最后


综合上述消息来看,手机PA市场为台系GaAs代工厂商带来了爆发的机会,随着WiFi PA市场的爆发,GaAs代工也迎来了另一波成长的契机。但在GaAs材料正在受到市场追捧的同时,第三代半导体的出现为射频带来了新的发展力量,这对于台系GaAs代工厂商来说既是机遇也是挑战,就挑战方面而言,新材料的到来可能会冲击原有的市场,而就机遇而言,他们在新材料领域的突破,可能会让他们参与到更多的市场应用中,从而扩大他们的影响力。

另一方面,新玩家的出现诚然会抢占一部分他们的市场,但从实际上看,国内厂商在技术和成本上与他们相比仍存在着一定的差距。这样看来,中国台湾化合物代工企业在射频领域的地位依旧稳固,而想要超越他们也并不是一件容易的事。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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