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      一起模擬業務并購案,凸顯出功率芯片大廠的孤注一擲

      作者:時間:2023-08-28來源:半導體產業縱橫收藏

      近期,業內完成了一起并購案,美國功率器件大廠 以 1.25 億美元的價格,將其射頻業務( RF)出售給了美國另一家模擬和混合信號芯片廠商 Technology。

      本文引用地址:http://www.connhp.com/article/202308/449973.htm

      在出售的射頻業務中,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),這部分業務的主要應用領域是航空航天、國防、工業和電信。

      對于這起并購案, 總裁兼首席執行官 Gregg Lowe 表示:「鑒于在汽車,工業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,干脆將射頻業務賣掉了,把全部精力都集中在了功率器件方面。

      相對于 Wolfspeed, 更加關注射頻業務,近些年,該公司一直在發展新興射頻技術,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 LDMOS 芯片的勢頭很猛,具有很好的發展前景。因此,此次收購到 Wolfspeed RF 業務,對 的 GaN 技術和產品水平提升有很大幫助。

      可以看到,Wolfspeed 和 MACOM 在兩條不同的發展路徑上行走,且集中度在不斷提高。

      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,且有很多行業知名半導體企業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 的主戰場,它的速度和高功率密度明顯優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,包括諾斯魯普-格魯曼公司為美國海軍陸戰隊建造的地面/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。

      微型逆變器或傳統逆變器系統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模還較小,大部分市場份額依然被硅器件占據著。

      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 將其射頻業務出售給 MACOM,集中精力發展功率半導體業務(當然,除了 SiC,Wolfspeed 也在發展 GaN 功率半導體應用)。

      縱觀 Wolfspeed 近些年的發展歷程,可以清晰地看出該公司不斷集中精力和資源發展功率半導體業務的決心。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 業務部門(主營 RF 和電力電子業務),然而,由于兩家公司無法解決監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。

      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,以及太陽能發電系統、風力渦輪機和電池儲能系統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,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 產業鏈也由襯底、外延片、器件設計、制造組成。隨著 GaN 市場規模的擴大,襯底需求也隨之增長,在整個產業鏈上,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 LED 照明領域應用優勢突出。

      在商業拓展方面,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。



      關鍵詞: Wolfspeed MACOM

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