2022年5月6日 星期五

RF 研究


[20230525]蘋果與博通宣布擴大合作5G RF晶片,高達10億美金

蘋果與博通合作RF晶片包括薄膜塊體聲波協振器( FBAR) 濾波器和其他無線連接元件,這不同於高通製造的5G通訊MD晶片;其合作交易是蘋果在2021年向美國經濟投資 4300 億美元承諾的一部分,而博通在 2020年宣布將向蘋果出售價值150億美元的RF晶片。其中,交易還包含,投資於「關鍵自動化項目和技能提升」,蘋果已在博通的柯林斯堡 FBAR 濾波器製造工廠支援了 1100 多個工作崗位。

對此影響最深可能不是高通,因為高通是以MD晶片為主;因此,美國的IDM Skyworks可能會深受其影響。目前全球RF市場由四家美國射頻公司Skyworks、Qualcomm、Qorvo、Broadcom與日本Murata這五大RF巨頭所佔據。

對台灣的影響應該不大,博通供應鏈包括穩懋的6吋晶圓代工、全新光電的磊晶片,已經與博通多年合作FBAW等晶片與砷化鎵製程的PA晶片。甚至蘋果與博通長約後,可提升PA模組一條龍力道。另外,值得深思的是臺灣聯發科對這塊RF晶片有沒有完善佈局呢?若無長期規劃,恐怕仍然會受限於美國與日本的RF晶片業者。

[20221019] 日本ROHM創新研發高電子遷移率電晶體GaN有助降低基地台微小化及功耗
日本的半導體元件對於化合物半導體SiC、GaN有長期的耕耘,這種特別適合拿來做高電壓的半導體是以後的趨勢[6]。功率放大器不等同於功率半導體,這兩者關係有如母子。功率半導體為母,功率放大器為子。而日本
ROHM成功提升150V GaN HEMT閘極耐壓至8V有助降低基地台和資料中心電源功耗及裝置小型化[7]。有關這一點,ROHM對於整個功率半導體及第三代化合物半導體實在是功不可沒。

[20221019] 日本半導體元件優勢可觀
日本廠商佔領半壁功率半導體市場,2021年功率半導體領域主要廠商營收排名,前十大企業榜單中有一半為日本企業,分別是三菱電機(第4)、富士電機(第5)、東芝(第6)、瑞薩(第9)、羅姆ROHM(第10),五家企業的營收在過去三年內大體保持在榜單總營收的33%左右[5]。

首先要問的一個問題是功率半導體與功率放大器是否不同呢?氮化鎵(GaN)功率半導體技術對於提高射頻(RF)/微波功率放大器的性能帶來極大的貢獻。透過減少元件中的寄生參數、使用較短的閘極長度,以及利用較高的作業電壓,GaN電晶體可以實現更高的輸出功率密度、更大的頻寬,以及更高的DC對RF轉換效率。

RFFE五大天王,高通獨領風騷!
RFFE 五大天王分別為高通、Qorvo、Skywork、Murata(村田製作所)、與博通(Broadcom)[4],高通一條龍CPU、BB、RFFE已經站穩腳步,請問台灣業者呢?聯發科有策略嗎?後續B5G、6G,RF將會越來越重要,不能不重視![20220812]

中國RFFE 慧智微成績不俗
RF系統前段中國慧智微已經搶攻,有不錯的成績![3]
2020年,慧智微推出5G新頻段L-PAMiF模組,並對Oppo等手機廠商量產出貨;2021年進一步大規模應用於三星電子(Samsung Electronics)、榮耀、Vivo等手機,帶動5G模組收入年增290.91%。此外,慧智微也進入聞太科技、華琴通訊等行動終端設備ODM廠商供應鏈,以及移遠通信、廣和通、日海智慧等無線通訊模組廠商。
那我們台灣業者呢? RF可說是通訊的命脈,在5G/6G重要性越來越高! 不過產業一環接著一環,終端下游不好,連同上游的RF業者! 2022手機5G需求減緩是趨勢![20220520]

高通布局RFFE意圖明確
疫情又急速升溫,RF PA 業者也感受這波趨勢,這是最壞的時代,也是最好的時代!或許RP PA相關業者可以有時間好好想一想後5G時代/6G下的技術發展,提早布局!

看到高通通訊巨人也在射頻產家[1],可見高通的高瞻遠矚,就以發展AiP而言,高通也提早佈局規劃,亞洲通訊巨人聯發科,若真的有意挑站高通! 與RF產商策略聯盟的力道可能還不夠,直接踏入射頻產業才是根本![20220506]
引用[1]:
射頻前端技術主要集中在濾波器(Filter)、功率放大器(PA, Power Amplifier)、低噪聲放大器(Low Noise Amplifier)、開關(RF Switch)。目前全球射頻市場由引言提到的四家美國射頻公司Skyworks、Qualcomm、Qorvo、Broadcom與日本Murata這五大射頻巨頭寡佔。

五家射頻巨頭在PA與LNA等市場佔有率超過九成。濾波器方面,則分為聲表面波(SAW, Surface Acoustic Wave)與體表面波(BAW, Bulk Acoustic Wave)濾波兩種主要技術。目前,SAW濾波器市場由Murata佔據一半,Skyworks約10%,Qorvo約4%,其餘則被太陽誘電、TDK等大廠瓜分。BAW濾波器的市場則由美國企業佔據9成市場。

Note:
  • [20220719]功率放大器(PA)的功率附加效率(Power Added Efficiency, PAE)就會因頻率越高而越低,發現工作點的平均功率後退將進一步使得功率放大器的PAE變更差。[By 2022/6 Communication Componet Magazine p62]
Reference

[7][20210414]ROHM成功提升150V GaN HEMT閘極耐壓至8V
有助降低基地台和資料中心電源功耗及裝置小型化

https://www.rohm.com.tw/news-detail?news-title=2021-04-14_news_gan&defaultGroupId=false

半導體製造商ROHM(總公司:日本京都市)針對工控裝置和通訊裝置等電源電路,將150V GaN HEMT*1(以下稱為 GaN元件)的閘極耐壓(閘極-源極額定電壓)*2提升至8V。

近年來在伺服器系統等設備中,由於IoT裝置的需求日益增長,功率轉換效率的提升和裝置小型化已經成為重要的課題之一。

一直以來,ROHM持續研發與量產領先業界的SiC元件和其他具有優勢的矽元件,以及在中等耐壓範圍具出色高頻工作性能的GaN元件。本次ROHM就現有GaN元件長期存在的課題,研發出可以提高閘極-源極額定電壓的技術,為各類應用提供更廣泛的電源解決方案。

與矽元件相比,GaN元件具有更低的導通電阻值和更優異的高速開關性能,因有助降低開關電源功耗及裝置小型化,所以在基地台和資料中心等設備中被寄予厚望。然而GaN元件的閘極-源極額定電壓較低,在開關工作期間可能會發生超過額定值的過衝電壓,在產品可靠性方面一直存在很大的問題。

<研發中GaN元件的特點>

ROHM即將推出的GaN元件具有以下特點:
1.採用ROHM獨創結構,將閘極-源極額定電壓提高至8V

一般耐壓200V以下的GaN元件閘極驅動電壓為5V,而其閘極-源極額定電壓為6V,電壓餘量僅有1V。一旦超過元件的額定電壓,就可能會產生劣化和損壞等可靠性問題,這時就需要對閘極驅動電壓進行高精度的控制,這也因此成為阻礙GaN元件普及的重大瓶頸。針對上述課題,ROHM透過獨創結構,成功地將閘極-源極間的額定電壓從6V提高到了業界頂級的8V。這使元件工作時的電壓餘量達到一般產品的三倍,開關工作過程中即使產生了超過6V的過衝電壓,元件也不會劣化,因此有助提高電源電路的可靠性。

2.使用在電路板上易於安裝且具有出色散熱性的封裝

該GaN元件所採用的封裝形式,具有出色的散熱性能且通用性更高,因此在可靠性和可安裝性方面擁有不錯的實績,也將使現有矽元件的替換工作和安裝製程中的操作更加容易。此外透過採用銅片鍵合封裝技術,使寄生電感值比傳統封裝降低了55%,在設計高頻工作電路時,可以更大程度地發揮出元件性能。
3.與矽元件相比,開關損耗降低了65%

<應用範例>
・資料中心和基地台等48V輸入降壓轉換器電路
・基地台功率放大器裝置的升壓轉換器電路
・D類音訊放大器
・LiDAR驅動電路、攜帶式裝置的無線充電電路

*1)GaN HEMT
GaN(氮化鎵)是一種用於新一代功率元件的化合物半導體材料。與一般半導體材料矽相比,具有更優異的物理性能,目前利用其高頻特性的應用也已陸續增加。
HEMT是High Electron Mobility Transistor(高電子遷移率電晶體)的英文首字母縮寫。

*2) 閘極-源極額定電壓(閘極耐壓)
可以在閘極和源極之間外加的最大電壓。
動作所需的電壓稱為驅動電壓,若外加高於特定閾值的電壓時,GaN HEMT將處於可動作的狀態。

[6][20210130]日本半導體的一張王牌
https://sa123.cc/ha4mluumhwxbijttfs1t.html  有圖 不能改
https://timetraxtech.com/articles/defb09a63670eab02859 沒圖可以改

功率元件也被稱為功率(Power)半導體元件(Device)、或者功率(Power)半導體。
它與存儲半導體、微處理器(Micro Processor)的區別是:存儲半導體、微處理器等半導體元件需要處理信號(Data),而功率半導體元件需要處理電力

所有的電子設備都裝有功率元件,包括PC、伺服器(Server)、智慧型手機、平板電腦、存儲器(Storage)、印表機、TV、空調、冰箱、洗衣機等等。
我們身邊的所有電子設備也都內置有功率元件。

為什麼呢?因為所有的電子設備都需電源線路,而電源線路又必須帶有功率元件。
功率元件的領域極其廣泛,通過利用可充電鋰電池、或乾電池驅動的可移動設備僅僅適用5V以下的較低電壓、數十毫安的較小電流。

即便如此,電源線路的元件也是十分出色的功率元件。
另一方面,混合動力汽車的電壓高達200V-600V,此外,鐵路的電壓達到1,500V也是十分常見的。處理電源、馬達驅動線路的電力線路及其應用的器件被稱為功率電子(Power Electronics)。功率電子處理的電壓及電力當然非常廣泛。
低電壓約為10V以下,高電壓約接近10萬V。
較低的電力容量不足0.01Kva(10VA),較高的電力容量會超過1萬kVA。
對於功率電子要求的規格(如低成本、低損耗、小型號、輕巧化)的基本方向是共通的,牽涉到具體數值,因用途不同而不同。

功率電晶體大致可以分為晶閘管(Thyristor)、IGBT(絕緣柵雙極型電晶體,即Insulated Gate Bipolar Transistor)、功率MOS FET。

從歷史來看,晶閘管(Thyristor)的歷史最悠久。
可以說,晶閘管(Thyristor)的發明揭開了功率電子的歷史。
接下來登場的是MOS FET。
晶閘管(Thyristor)為雙極型器件(Bipolar Device,pnpn Switch),與之相對,功率MOS FET是單極型器件 (Unipolar Device,主要為n溝道型FET),且進行高速運作。
但是,耐電壓性和電力容量遠遠不及晶閘管(Thyristor)。

後來,兼具晶閘管與MOS FET優點(耐高壓、速度快)的IGBT登場了。
IGBT比晶閘管的運作速度還要快,比功率MOS FET的耐電壓性還要良好。
最近,IBGT的耐電壓性逐步發展,正在奪取晶閘管的市場。

矽功率半導體的發展幾乎接近極限

上述功率元件主要是由矽(Si)材料製成的,關於除矽以外的材料的研發,自20年前就開始研究能隙(Energy Band Gap)比矽更廣的半導體,最近終於開始實際應用了,一般稱為「Wide Gap半導體(寬能隙半導體)」、「WBG(Wide Band Gap)」。

推進Wide Gap半導體(寬能隙半導體)研發的理由是:業界普遍認為隨著矽制功率元件研發的進展,其性能逐漸接近極限值。

上文中提到的ON電阻和耐電壓的關係可以說是Trade-off(此消彼長)、極其嚴峻。
理論上來講,它們的關係由能隙(Energy Band Gap) (以下簡稱為「能隙」)決定,同樣是ON電阻,能隙較細的材料的絕緣破壞電場較小,耐電壓性較低。

矽制功率元件經過不斷改良,其材料逐漸接近臨界值。
通過在電晶體的結構上下功夫,功率MOS FET(Super Junction MOS FET)突破了材料的極限值(降低了ON電阻),但是,由於結構變得複雜,導致生產成本較高。

於是,開始研發用能隙較寬的半導體材料(不用矽)開發功率元件,並希望可以超過矽的極限值。

用於功率元件的「Wide Gap半導體(寬能隙半導體)」中,已經有2種材料開始被實際採用。
其一是碳化矽(Silicon Carbide,SiC),另一個是氮化鎵(GaN)
關於能隙,矽為1.1e V(電子伏特,Electron Volt),SiC為3.3e V,GaN為3.4e V,幾乎是矽的3倍。

三者的能隙不同,介質擊穿(Dielectric Breakdown)也相當不同。
Si為0.3MV/cm,SiC為2.5MV/cm~3.0MV/cm,GaN約為3.3MV/cm,幾乎是矽的10倍。

這些「Wide Gap半導體(寬能隙半導體)」在同樣厚度的情況下,耐電壓性比矽好;如果是相同的耐電壓性,則半導體晶圓的厚度可以縮小到1/10。如果半導體晶圓的厚度變薄,ON電阻就會降低,因此,電力損耗(導通損耗)也會降低

主要的用於功率元件的半導體材料的耐電壓和ON電阻的關係(理論值),資料出自2013年尖端技術大獎 特別獲獎論文《氧化氧化鎵功率半導體的研究開發》(信息通信研究機構、田村製作所、光波)(圖片出自:pc.watch)

SiC和GaN二者各具優勢,各行其道

當初人們曾以為SiC制功率半導體和GaN制功率半導體會在市場上形成競爭。
但是,現在,二者分工明確。
其理由主要是元件的構造不同。
SiC的實用化起始於肖特基勢壘二極體(Schottky Barrier Diode,SBD)和功率MOS FET,都是縱型元件,兼具大電流和耐高壓的特性。

通過用SiC的SBD替換矽制pin二極體、用SiC功率MOS FET替換矽制IGBT,在市場上廣泛地應用。SiC元件與矽元件相比,ON電阻較低,因此可以通過替換矽元件來減少電力損耗。

GaN通過高電子遷移率電晶體(HEMT : High Electron Mobility Transistor)得以實際應用,由於是橫型的元件,雖然高速運作,但是與SiC相比,耐電壓性、電流容量都較低。

通過替換矽制的高速、高頻功率MOS FET,推進其商業化。
與矽相比,ON電阻比較低,通過替換降低電力損耗。

SiC元件和GaN元件最大的課題就是生產成本。
生產成本高的原因在於晶圓(Wafer)的成本高。
SiC也可以用做晶圓(Wafer),因此,比較容易生產縱型的元件。

但是,晶圓(Wafer)的成本極高,每平方cm的價格約為1,500日元(約人民幣90元)以上。
而每平方cm的矽的成本還不足100日元(約人民幣6元)。
幾乎相差15倍!

而GaN價格更高!GaN晶圓的成本約為每平方cm4萬日元(約人民幣2,400元)以上。
如果使用GaN晶圓的話,GaN制的功率元件就沒什麼優勢了,於是就可以使用藍寶石(Sapphire)、矽等比GaN便宜的晶圓。

但是,為減少「晶格常數(Lattice Constant)」的差異,需要製作緩衝(Buffer)層,結果就無法製作縱型元件,就會變成橫型元件,因此,GaN功率元件的耐電壓性和電流都比較低,但可用於需要高速運作的方面。

Si和SiC、GaN功率元件的應用領域,橫軸為開關周波數,縱軸為電力。
此外,當前,作為用於第三功率元件的寬能隙半導體--氧化鎵(Ga2O3)備受矚目,而且日本引領著氧化鎵功率元件的研發。

不過,起到帶頭作用的並不是三菱電機、富士電機這樣的大企業,帶頭研發的是與政府掛鈎的研究機構、大學、投資企業等。

氧化鎵是繼碳化矽和氮化鎵之後的「第三代用於功率元件的寬禁帶半導體」。
這種材料原本不是用於功率元件的,最初是計劃用於LED(發光二極體)基板、深紫外光(Deep Ultra Violet)受光素子等而進行研發的。

但是以上這些用途的研發規模較小,絕對稱不上是「熱潮」!為此在最近十年(2010年或者2011年至今),研究人員開始把這個材料應用於功率半導體方向,引爆全球研發的熱潮。

從數據上看,氧化鎵的損耗理論上是矽的1/3,000、碳化矽的1/6、氮化鎵的1/3。

比較了一下「定量評價功率元件理論性能的指數(性能指數)」,氧化鎵是矽的3,000倍,是碳化矽的6倍,是氮化鎵的3倍。
作為功率元件的理論的性能指數,採用的最近頻繁使用的「Baliga`s FMO(Figure of Merits)」進行的評價。

Baliga性能指數是由原在美國General Electric從事多年功率半導體研發工作、現在美國北卡羅萊納州州立大學擔任名譽教授的Jayant Baliga先生提出的。

用於Power MOS FET等單極元件(Unipolar Device)的性能評價。
有將低頻的理論損耗定量化的「BFOM (Baliga`s Figure of Merits)」和將高頻的理論損耗定量化的「BHFFOM(Baliga`s High Frequency Figure of Merits)」。

在功率半導體的研發領域,一般多實用低頻的BFOM。因為擁有如此多的優勢,氧化鎵被看作一個比氮化鎵擁有更廣闊前景的技術。

據市場調查公司--富士經濟於2019年6月5日公布的Wide Gap 功率半導體元件的全球市場預測來看,2030年氧化鎵功率元件的市場規模將會達到1,542億日元(約人民幣92.76億元),這個市場規模要比氮化鎵功率元件的規模(1,085億日元,約人民幣65.1億元)還要大!

具體數字雖然沒有公布,從下圖市場預測圖表中,可以看出在2050年時間點,氧化鎵超過氮化鎵,氧化鎵的未來可期!

但對氮化鎵而言,還有一個繼續解決的問題,那就是價格問題。

功率元件與一般的半導體元件相比,他,嗯晶圓占據了元件的較大一部分生產成本。
晶圓成本(每單位面積)最低的當然是矽,每平方cm(100平方mm)的晶圓成本不足100日元(約人民幣6元)。

Wide Gap(寬禁帶)半導體的代表--碳化矽晶圓的成本(每平方cm)為1,500多日元(約人民幣90元),據說氮化鎵的成本會超過4萬日元(約人民幣2,400元)。分別是矽的15倍、400倍。

碳化矽和氮化鎵的晶圓成本之所以高在於其不同的生產方法。
矽晶圓是從溶液狀態到塊狀(Bulk)單結晶形成的,然而,碳化矽和氮化鎵很難做成溶液,從生產技術來看,量產性較低、難以實現大面積化。

最大的問題是看不到可以降低成本的可能性。

可以從溶液狀態轉化到塊狀(Bulk)單結晶的藍寶石晶圓成為了代替品,藍寶石晶圓的成本(每平方cm)在450日元(約人民幣27元)左右,雖然比矽的價格高,但比碳化矽的價格低。

因此,目前氮化鎵功率元件多使用藍寶石晶圓、矽晶圓來製造。氧化稼和藍寶石一樣,可以從溶液狀態轉化成塊狀(Bulk)單結晶狀態。

實際上,通過運用與藍寶石晶圓生產技術相同的EFG(Edge-defined Film-fed Growth)方法,正在試做最大直徑為4英寸(100mm)的晶圓。直徑為2英寸(50mm)的晶圓已經開始銷售給研究開發方向的用途。

目前,氧化稼晶圓的結晶質量不太好,但是,還有充足的改良空間,此外,正在通過運用與矽晶圓同樣的浮動區法(Floating Zone)、晶體提拉法(CZ:Czochralski)來測試塊狀(Bulk)單結晶的生長。

因此,理論上不僅可以通過運用EFG方法來實現與藍寶石晶圓接近的成本,未來還有可能進一步降低成本。

功率元件方面的日本代表性企業團體

在功率元件方面占據優勢的日本半導體企業有:三菱電機、富士電機、日立功率元件、東芝電子元件與存儲器件等等。中堅企業有羅姆、產研電氣、新電元工業等等。

比方說,市場調查公司Yole Developpement在2017年8月份公布了具有代表性功率元件--IGBT的top 5公司,耐壓為2,500V-3,000V範圍內的TOP1 企業為三菱電機、TOP2為富士電機、TOP4為日立功率元件。耐壓為600V情況下,TOP3為三菱電機、TOP4為富士電機

IGBT的耐壓為400V以下的話,TOP3為東芝電子元件與存儲器件,TOP5為羅姆。而在氧化鎵方面,日本在元件、基板等方面的研發全球領先。但據了解,研究氧化鎵功率元件、並進行開發的並不是現在的大型、中型功率半導體企業!也就是說並不是我們所熟悉的三菱電機、富士電機、日立Power Device、東Device&Storage、羅姆、三星電子、新電元工業等企業。

而是一些小企業。資料顯示, 日本的功率元件方向的氧化鎵研發始於以下三位:國立研究開發法人--信息通信研究機構(NICT:National Institute of Information and Communications Technology)的東脅正高先生、京都大學的藤田靜雄教授、田村(Tamura)製作所的倉又朗人先生。NICT的東脅先生於2010年3月結束在美國大學的赴任並回日本,以氧化鎵功率元件作為新的研發主題並進行構想。

京都大學的藤田教授於2008年發布了氧化鎵深紫外線檢測和Schottky Barrier Junction、藍寶石(Sapphire)晶圓上的晶膜生長(Epitaxial Growth)等研發成果後,又通過利用獨自研發的薄膜生產技術(Mist CVD法)致力於研發功率元件。

倉又先生在田村(Tamura)製作所負責研發LED方向的氧化鎵單結晶晶圓,並考慮應用到功率半導體方向。

三人的接觸與新能源·產業技術綜合開發機構(NEDO)於2011年度提出的「節能革新技術開發事業—挑戰研發(事前研發一體型)、超耐高壓氧化鎵功率元件的研發」這一委託研發事業有一定關聯,接受委託的是NICT、京都大學、田村製作所等。可以說,由此開啟了功率元件的正式研發。後來,NICT和田村製作所合作成立了風險投資企業「Novel Crystal Technology」,京都大學成立了風險投資企業「FLOSFIA」。現在,兩家公司都是日本氧化鎵研發的中堅企業。

自2012年以後,業界不斷公布關於氧化稼功率元件的研發、試做成果。
迄今為止,已經試做了橫型MES FET、橫型MOS FET、Normally Off的縱型MIS FET。
在SBD的試做中,已經證明了ON電阻比碳化矽的SBD低得多!在初級試驗階段就可以證明其性能超過碳化矽功率元件,這真是了不起!而現在參加研發的日本企業持續增加,且正在呈現出「All Japan」的景象。

隨著電動車和各種綠化智能的需求成為主流,功率器件的重要程度日益提高,但這能否成為日本半導體捲土重來的底氣,那就有待後續觀察了。

[5][20220508]2021年全球十大功率半導體廠商:日企佔半壁江山,安世半導體位列第八
https://www.eet-china.com/news/202205080705.html

全球功率半導體市場如同過去的十幾年一樣,依舊被起步較早的美日歐廠商把控。德國英飛凌牢牢佔據第一名的位置,前十大企業榜單中還有一半為日本企業,分別是三菱電機(第4)、富士電機(第5)、東芝(第6)、瑞薩(第9)、ROHM(第10),五家企業的營收在過去三年內大體保持在榜單總營收的32%~33%左右。

近日,市場研究機構Omdia發布了2021年功率半導體領域主要廠商營收排名,前十大企業榜單中有一半為日本企業,分別是三菱電機(第4)、富士電機(第5)、東芝(第6)、瑞薩(第9)、羅姆ROHM(第10),五家企業的營收在過去三年內大體保持在榜單總營收的32%~33%左右。

Omdia表示,在前十名中,排名第一的德國英飛凌(Infineon)和第二名的美國安森美(Onsemi)的地位十分穩固,第三名往後的排名變化迅速。

前十大廠商解析

具體來看,排名第一的英飛凌,其功率半導體在2021年的銷售額比2019年增長了三成,達到了48.69億美元。雖然在2021年英飛凌也曾多次上調芯片價格,但是由於2021年2月德州冬季風暴導致其當地晶圓廠停產,2021年三季度馬來西亞疫情導致其位於當地的封測廠的產出也受到了影響。隨後,在2021年9月,受德國德累斯登大停電影響,英飛凌位於當地的晶圓廠的產出也受到了影響。

這些問題在一定程度上影響了英飛凌2021年營收的增幅。不過,在2021年9月,英飛凌位於奧地利菲拉赫的300毫米薄晶圓功率半導體芯片工廠正式啟動運營,也為其營收的增長提供了一些助力。

安森美2021年的功率半導體業務營收為20.51億美元,同比增長了27.2%,排名第二。此前以4.3億美元的價格從GlobalFoundries手中收購了前IBM東菲什基爾工廠的300毫米晶圓廠,這也助力其2021年的營收增長了27%,達到了20.51億美元。

意法半導體2021年的功率半導體營收為17.14億美元,同比大漲52.2%,排名上升了一位至第三。這主要得益於意法半導體產品的漲價效應以及產能的擴張。自2020年底至2021年底,意法半導體至少進行了三輪漲價。此外,2021年意法半導體的資本支出也達到了約21億美元,其中14億美元將投入全球產能擴建,7億美元用於意法半導體的策略計劃。包括,支持在建的意大利Agrate 300mm(12 吋) 新晶圓廠、意大利Catania 的碳化矽(SiC)工廠,以及法國Tours 的氮化鎵(GaN)工廠。

三菱電機2021年的功率半導體銷售額同比增長18%,達到了14.76億美元。值得一提的是,三菱電機已經在意大利米蘭附近建成了一座專用於功率和模擬半導體的300毫米晶圓工廠,預計將於2022年下半年投產。

富士電機2021年的功率半導體營收為11.73億美元,同比增長23.7%。在產能方面,富士電機目前沒有300毫米的增產計劃,專注於200毫米的增產。2021年8月,富士電機宣布計劃追加投資400億日元(3.65億美元)擴充功率半導體產能。其中,大約250億日元會投入公司在馬來西亞的晶圓廠,開始生產8英寸矽晶圓,改善生產效率。馬來西亞廠預定2023會計年度開始生產功率半導體。其餘150億日元則會分配到包括日本松本廠在內的其他地方。此外,富士電機還曾表示,在電動汽車和可再生能源需求增加的背景下,決定將功率半導體的資本支出(包括對SiC功率半導體的投資)增加到1900億日元。

東芝2021年的功率半導體營收為9.96億美元,同比增長13.4%。今年2月4日,東芝電子元件及存儲裝置公司就宣布,將在日本石川縣的主要分立器件生產基地(加賀東芝電子公司)打造一座新的12英寸晶圓製造設施,以將其目前的功率半導體產能提高到2021年的2.5倍。

Vishay在2021年的功率半導體營收與東芝一樣,都是9.96億元,不過同比增幅更高,達到了28.7%。

聞泰科技旗下的安世半導體2021年的功率半導體營收為6.72億美元(約合人民幣44.86億人民幣),同比增長43.3%,排名上升了一位至第八。

而根據聞泰科技公佈的年報顯示,2021年其半導體業務(包括功率半導體及分立器件)營收為138.03億元,同比增長39.54%,毛利率37.17%,淨利潤為26.32億元,同比增長166.31%。值得一提的是,2021年安世半導體的營收位居全球功率分立器件行業第 6 名,相比2020年上升了3位。

瑞薩電子2021年的功率半導體營收為6.45億美元,同比增長了27.7%。值得一提的是,在2021年3月,瑞薩位於日本茨城縣的那珂廠的N3大樓(12英寸晶圓產線)發生火災,對於瑞薩電子的車用芯片帶來較大的產出損失。

從地域劃分來看,美歐日地位依舊不可撼動
從廠商經營動向看,英飛凌、意法半導體兩大歐洲功率半導體廠商正快速向12英寸工藝遷移,安森美也預計將在2023年後全面引入12英寸工藝,相比之下日本廠商從8英寸向12英寸的遷移較為緩慢。

從地域劃分來看,全球功率半導體市場如同過去的十幾年一樣,依舊被起步較早的美日歐廠商把控。日本運營知識產權庫的Astamuse 2021年發布的數據顯示,在2000年至2017年期間,美國功率半導體相關技術專利達1.3973萬件位於第一位,其次便是日本的1.2872萬件。

數據顯示,憑藉著先進的技術和生產製造工藝,以及領先的品質管理體系,美日歐佔據了全球約60%的市場份額。

相比美日歐強勢的市佔率,中國在此次榜單中僅有安世半導體入選。安世半導體曾為荷蘭企業,於2019年被聞泰科技收購,2021年7月,安世半導體完成了對英國 Newport Wafer Fab 的 100%收購,進一步強化聞泰科技半導體業務車規產能的佈局,並於四季度啟動 Newport 代工產能向 IDM 自有產能的逐步切換。

據了解,安世半導體是全球分立器件IDM龍頭廠商之一,在中國功率分立器件公司中排名第一,其產品線中二極管晶體管產品居於全球排名第一,標準邏輯器件產品居於全球排名第二,小型號 MOSFET 居於全球排名第二,車規MOS更是僅次於英飛凌,全球市場排名第二。

除了安世半導體外,中國IDM廠商中有功率半導體營收規模最大的華潤微電子,以及在IGBT領域排名領先的比亞迪半導體;還有以MOSFET 廠商無錫新潔能和 IGBT 模組廠商嘉興斯達等為代表的Fabless企業。但作為最大的功率半導體採購國,中國占據了全球近4成的需求,雖然功率半導體產業規模增速快於全球,但自給率依舊較低,在器件的生產製造和自身消費之間存在巨大供需缺口,尤其是高功率產品依舊依賴進口。

移動和消費是最大市場,電動汽車增長最快

總的來看,得益於2020年底以來爆發的缺芯潮,以及新能源汽車市場的增長,功率半導體芯片也是持續的供不應求,同時價格也呈持續上漲態勢,這也使得前十大功率半導體廠商2021年的營收相比2020年都有了雙位數以上的增長,其中以意法半導體的功率半導體營收同比增幅最高。

Omdia半導體諮詢總監杉山和弘在談到功率半導體行業的發展趨勢時表示:“全球對電動汽車、風能、太陽能發電、鐵路和數據中心電源的需求不斷增長,功率半導體製造商都在進行資本投資,以提高產能。”

此前Yole Développement發布的全球功率半導體未來走勢的預測報告也顯示到2026年,全球功率半導體總規模將達到262億美元,2020-2026的年復合增長率為3%。移動和消費市場是功率半導體最大的應用領域,預計到2026年將達到115 億美元。汽車和工業應用增長最快,同一時間段的複合年增長率為9.0%。

其中,在電子消費類領域,功率半導體增長的主要推動力是智能手機的待機和續航需求,而在汽車領域,EV的BMIC(電池管理集成電路模塊)和ADAS系統也將極大地推動功率半導體的發展。預計到2026年,純電動汽車將佔功率半導體總市場的30%。

[4][20220812]5G手機出貨量超越LTE手機 智慧型手機射頻前端市場成長根基穩
5G手機出貨量超越LTE手機 智慧型手機射頻前端市場成長根基穩 (digitimes.com.tw)

在部分零組件持續短缺、COVID-19(新冠肺炎)疫情再起、俄羅斯入侵烏克蘭、以及通貨膨脹等負面因素影響下,2022年第1季全球智慧型手機市場出貨量季減12%,年減7%,但藉著5G手機出貨佔比不斷攀升的拉抬,當季智慧型手機整體射頻前端(RFFE)元件市場規模約達44億美元。在5G網路的推動下,預估2022全年市場規模可望年增高個位數百分比。

調研機構Counterpoint表示,整體RFFE元件主要包括RF功率放大器(PA)整合模組、分集接收模組(diversity receive module),以及如濾波器(filter)、RF切換器(switch)、低噪音放大器(LNA)與功率追蹤器(power tracker)等分立元件。隨著5G手機出貨佔比不斷攀升,第1季5G手機出貨量已首度超越LTE手機,並持續推動整體智慧型手機中的RF元件含量增加。

1Q22智慧型手機射頻前端元件主要業者營收佔比

1Q22智慧型手機射頻前端元件主要業者營收佔比
第1季RFFE元件營收前五大業者依序為美國高通(Qualcomm)、美國Qorvo、美國Skyworks、日本村田製作所(Murata)與美國博通(Broadcom)。其中高通、Qorvo、Skyworks當季RFFE業務營收都出現顯著年增,分別佔整體市場規模23.5%、17.0%與16.8%,合計共佔57.3%。

第1季高通藉著推出新款旗艦級Snapdragon 8 Gen 1系統單晶片(SoC)、在中至高階5G手機產品中的設計取得不斷增加,以及完整的數據機到天線(modem-to-antenna)解決方案,擴大該公司在RFFE領域中的領導地位。

Qorvo藉著無線通訊解決方案在三星電子(Samsung Electronics)Galasy 5G手機中的採用穩步成長,再加上被榮耀列為是RFFE元件的核心策略供應業者,使得Qorvo在Android手機陣營中的市佔成長。如三星最新Galaxy S22系列手機就配備有Qorvo整合PA模組與雙工器(Duplexe)的PAMiD模組、RF切換器,和Wi-Fi 6前端模組等產品。

第1季Skyworks RFFE業務營收雖有成長,但在季節性因素與中國地區疫情所導致的iPhone銷售下滑的影響下,當季營收落在Qorvo之後,營收排名也滑至第三。資料顯示,第1季Skyworks來自蘋果(Apple)與三星的營收分別佔該公司手機應用業務總營收的80%與10%以上,這使得Skyworks營收更易受到大客戶影響。

相對於高通、Qorvo與Skyworks,第1季村田製作所與博通營收都出現下滑。不過當季唯捷創芯卓勝微電子等中國業者,藉著整合LNA、PA、濾波器、收發切換器、探測參考訊號(SRS)切換器的L-PAMiF模組出貨量增加,市佔都有所提升。

[3][20220520]5G帶動射頻前端行業增長 中廠擴大融資
方野/上海

在終端市場需求疲軟影響下,RF前端晶片需求也因此受挫。法新社

隨著5G在全球範圍逐步商用落實,射頻(RF)前端產業也迎來新的成長機遇;但如今終端市場低迷,加上晶圓產能不足、物流運輸受阻等因素影響廠商產品交付,整體市況混沌不明。

不過即便如此,中國一眾廠商仍勇於衝刺市場融資,包括富滿微、卓勝微、唯捷創芯等業界領先者在內,甚至市場新秀也勇闖資本市場。除唯捷創芯於上海證交所科創板上市後,5月10日廣州慧智微IPO申請獲批,擬募資人民幣15億元,投資建置晶片測試中心、總部基地即研發中心等項目。

根據介紹,慧智微主攻RF前端晶片及模組,其產品系列涵蓋的無線電頻段從2G~4G、3GHz以下5G重耕頻段、3GHz~6GHz的5G新頻段等。該公司獨創可重構RF前端平台,採用基於絕緣矽(SOI)+砷化鎵(GaAs)兩種材料體系的混合架構功率放大器技術路線;目前該公司可重構RF前端架構的相關產品累計出貨已超過1億顆。

2020年,慧智微推出5G新頻段L-PAMiF模組,並對Oppo等手機廠商量產出貨;2021年進一步大規模應用於三星電子(Samsung Electronics)、榮耀、Vivo等手機,帶動5G模組收入年增290.91%。此外,慧智微也進入聞太科技、華琴通訊等行動終端設備ODM廠商供應鏈,以及移遠通信、廣和通、日海智慧等無線通訊模組廠商。

Note:
L-PAMiF產品(主集發射模組,集成射頻功率放大器、射頻開關、濾波器、低噪聲放大器/LNA PA Module integrated filter

下表列出了常見收發模組對比,4G LTE方案中常用的是PAM和PAMiD,分別對應高性價比方案和高效能方案。而n77/n79雙頻L-PAMiF是目前5G整合度最高的商用晶片之一。
Take by 20220519 祥峰Family | 慧智微5G射頻前端整體方案,助力5G手機批次生產
https://sa123.cc/md49m663fpvw36kvzego.html

包括疫情升溫、通貨膨脹壓力、地緣政治衝突、終端市場需求低迷等外部環境變數,無論產品交付或是業績營收難免受到影響。但儘管如此,中國RF企業仍無畏搶入資本市場,旨在加碼投資。

如中國首家市值超過人民幣千億元的RF前端元件企業,卓勝微從RF分立元件到發射端RF模組產品等,現已完成RF前端產品全面布局,其產品也打入主要手機品牌供應鏈。

另滿微則宣布坪山工廠新建5G RF晶片封裝生產專線,有助於5G產品產能擴充,預計2023年投產。不過,富滿微也強調,在晶圓產能不足、疫情升溫等因素影響下,整體產品交付將持續受到影響。據悉,富滿微5G RF晶片包括RF開關、RF調諧器、RF模組晶片等,基本可對標Skyworks、Qorvo等國際業者。富滿微董事長劉景裕指出,除5G外,富滿微在2022年下半起還將進入路由器市場,路由器領域的Wi-Fi 5、Wi-Fi 6研發已基本完成。

唯捷創芯則是在2020年初實現5G RF功率放大器模組量產銷售,再於2021年上半實現接收端模組的量產銷售,快速推動新技術下的RF前端產品上市。

但分析認為,目前全球RF前端市場仍由Skyworks、Qorvo、博通(Broadcom)、高通(Qualcomm)、日本村田製作所(Murata)等廠商主導,加總約佔全球市佔的8成比重,壓迫中國業者成長空間。

此外,5G RF業務與終端市場變化息息相關,在終端需求疲軟、消費者換機意願低影響下,勢必影響到上游供應鏈廠商。

DIGITIMES Research指出,中國5G手機市佔已達75%以上,單以5G規格已難吸引部分4G使用者換機。2022年第1季合計出貨1.7億支,較2021年同期下滑逾1成。展望2022年第2季,因疫情及通膨惡化導致全球需求下降,預期智慧型手機出貨將持續下挫至2020年首季來新低。


[3.1][20220105]5G射频前端模组的前世与今生
https://www.laoyaoba.com/n/803487
根据模组内集成器件的不同,射频前端模组也有不同的名称。常见的模组名称及集成的器件如下表所示。

表:不同射频前端简写及集成子模块

图:射频前端公司的整合
2014年,RFMD宣布与Triquint合并,成为Qorvo公司。
2014年,Skyworks与松下成立合资公司,2016年Skyworks将合资公司全资收入旗下。
2017年,高通宣布与TDK成立合资公司RF360,2019年高通将合资公司合资收入放下。

[1][2020/11/17]射頻前端模組,看這一篇就夠了
[2][2022/05/04]中系手機零組件長料 庫存調整期恐長達1年
中系手機零組件長料 庫存調整期恐長達1年 (digitimes.com.tw)
供應鏈傳出,中系手機零組件庫存去化調整期恐怕得拉長到2022年底
進入第2季後,半導體供應鏈大致認為中國手機內需市場得保守看待。近期熟悉中國本土RF零組件供應鏈業者透露,隨著先前預估的砍單陸續成真,兩岸三五族半導體代工廠持續下修財測,稼動率也相對偏低,由於「長短料」仍因個別零組件有所不同,業界預期,屬於長料的零組件,在中國內需市場的庫存調整期,恐怕得拉長到2022年底。業者引述IDC調查數據指出,全球2022年第1季手機出貨量年減約近9%,手機市場已經迎來連續3個季度的出貨衰退,第1季出貨僅約3.14億支,低於原先預期約3.5%。無獨有偶,包括台系手機應用處理器(AP)龍頭聯發科、手機功率放大器(PA)砷化鎵晶圓代工龍頭穩懋等,紛紛公開釋出對於手機市場量能相對保守的前景展望,也吻合先前中系本土供應鏈的下修看法。
相關業者認為,第1季受到封控影響到供應、物流,中國消費市場也持續疲軟,手機系統廠普遍保守,外在因素還有通膨、戰爭等因素,如東歐/中歐等區域市場出貨下滑約2成,衝擊最大的還是中國本土及亞太市場部分,由於中國、亞太相關市場佔全球出貨量幾乎接近約50%,第1季市場銷售下滑約12.3%,造成手機市場前景持續不明。

三五族半導體業者坦言,相對於美系龍頭蘋果(Apple)、韓系龍頭三星電子(Samsung Electronics),中國本土需求與供應鏈展望不清晰也是既定事實,蘋果向來季節性效應明確,但也較能夠掌握供應體系備貨淡旺季節奏,一般預期第3季開始因應新機需求而回溫,三星握有中國以外市場影響力,以第1季如磊晶片(Epi)等PA原材料需求來看,修正幅度也在掌握中。

而充滿變數的是中系本土PA晶片等業者訂單狀況,儘管2021年底,包括小米、Oppo、Vivo等陸續下修2022全年出貨預估數字,台系PA代工業者也證實,中系本土PA晶片設計業者仍積極追單,當時並不清楚是否是真正需求或是庫存需求,目前則已經漸漸得知庫存壓力提升。

熟悉PA供應鏈業者坦言,以目前中國市場供應鏈狀況來看,高庫存水位的現況是現在進行式,一方面系統廠也擔憂斷料或是「有訂單、難出貨」狀況,但另一方面,也不乏有業者認為,在封控等外在因素充斥不確定性,高庫存策略某方面來說也有「風險控管」性質。

這一波中國市場的修正,目前因各地封控、物流等供應鏈問題層出不窮,中國消費市場短期內也並未有太大的改善契機,以眾業者長料零組件庫存狀況來看,不只是2022年上半得進行庫存去化,甚至一路持續到年底的可能性,目前恐怕各大零組件業者、系統廠心裡有數。

目前雖然基礎建設、衛星通訊甚至車用電子等利基領域需求相對持穩,不過由於手機等主流行動裝置等零組件量能龐大,佔主要業者營運比重也相對高,兩岸三五族業者目前暫時較難給出樂觀預期,特別是在中系Android陣營。

據IDC調查,全球手機供應商市佔排名變化不大,以2022年第1季來看,仍以三星居冠、蘋果第二,小米、Oppo、Vivo分居3~5名。台系相關零組件業者發言體系,則強調不對特定品牌、晶片客戶等單一廠商,作出公開評論。

1 則留言:

馬可斯 提到...

20220520 新增中國慧智微資訊

電子與通訊

這裡就是我的新的Blog 將以電子與通訊 做為本人研究探討之地!!
希望能夠更加了解神奇的宇宙 歡迎各位光臨 ^^"