深圳第三代半導體研究院

第三代半導體産業進程加速,市場逐步滲透

发表时间:2018-08-21 10:35

前幾期,我們介紹了第三代半導體材料的性能及技術發展情況,感興趣的朋友可以點擊並關注第三代半導體聯盟的微信公衆號進行查閱,本期爲大家帶來2016年第三代半導體産業發展概況。

國際格局初定,市場廣闊可期

産業格局基本形成

電力電子領域

第三代半导体电力电子器件已初步具备产业化应用条件。目前全球有超过30家公司在電力電子領域拥有对SiC、GaN相关产品的生产、设计、制造与销售能力,但市场上能够批量稳定提供SiC、GaN产品的不超过1/3。

目前,全球第三代半導體電力電子産業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢。

美國在SiC领域全球独大,拥有Cree、II--VI、道康宁等具有很强竞争力的企业,并且占有全球SiC 70-80%的产量。

歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件、應用産業鏈,擁有英飛淩、意法半導體、Sicrystal、Ascatronl、IBS、ABB等優秀半導體制造商,在全球電力電子市場擁有強大話語權。

日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者,主要産商有羅姆、三菱電機、富士電機、松下、東芝、日立等。

GaN電力電子方面:

美國拥有较为完整产业链,在外延、器件及应用环节有Transform、EPC、GaN system、Powerex等企业。

歐盟在該領域的2家企業Azzurro、EpiGaN主要集中在外延環節。亞洲企業在材料環節占優。

日本信越、富士電機和台灣漢磊等在襯底和外延表現突出。

微波射頻領域

在射頻微波領域,目前全球約有超過30家企業已經從事GaN的研發生産,其中10家左右已經實現了GaN的量産化和商業化。

2016年,有5家企業進入該領域,且基本爲中國企業,有2家退出,主要是Cree和NXP因出售相關業務退出了。

美國、歐洲、日本等在军事雷达和无线基站通信方面走在世界前列。

美國在GaN射頻領域擁有Macom、Qorvo、Raytheon、Microsemi、Anadigics等全球領先企業。

歐洲擁有IQE、Ampleon、UMS、NXP等知名企業,在GaN應用于5G通信方面的研發成果較多,技術創新能力強。

日本在GaN射頻領域的研發和應用,多數以民用通信爲主,軍事通信探測爲輔。

光電領域

在半導體照明領域,全球LED知名企业包括美國Cree、荷兰Philip、德国Osram、日本Nichia、韩国三星、中国台湾地区晶元光电、中国三安光电、木林森等著名企业。

截至目前日亚化学在LED芯片方面的销售仍稳居全球第一,德国Osram、Philip Lumileds、韩国三星等在封装方面领先全球,中国大陆木林森也在2014-2015 年全球LED封装营收排名中进入前十。

在激光器方面,Nichia、Osram走在了国际前列。日本的住友电工、日立电缆等企业在衬底材料方面具有较深的技术储备;而美國的Kyma公司、法国的Lumilog公司也相续实现了2英寸GaN衬底的研发和产业化开发。

在探測器方面,美國通用电气(GE)公司于2008年已经发布了具有日盲特性,单光子探测效率可达到9.4%,而暗计数仅为2.5kHz的SAM结构4H-SiC APD。

國際上還有韓國的Genicom公司和日本的Kyosemi公司可以批量供應GaN紫外探測器,其中Genicom公司已經推出了多款GaN紫外探測器的模塊化應用産品。


市場前景廣闊可期

電力電子領域

SiC、GaN的电力电子器件市场在2016年正式形成。初步估计,2016年SiC电力电子市场规模在2.1亿-2.4亿美元之间,而GaN电力电子市场规模约在2000万-3000万美元之间,两者合计达2.3亿-2.7亿美元。而据IC insights数据,2016年全球功率半导体销售金额约124亿美元,意味着第三代半导体功率器件2016年的市场占有率已经达到2 %左右。

SiC、GaN在功率電子市場的前景看好。據Yole最新報告數據顯示,2021年全球SiC市場規模將上漲到5.5億美元,2016-2021年的複合年增長率(CAGR)將達到19%。

而Yole同時預測,GaN功率器件在未來五年(2016-2021年)複合年增率將達到86%,市場將在2021年達到3億美元。

當然,SiC、GaN替代Si産品仍然爲時甚早。據Lux研究公司數據,預計至2024年,第三代半導體功率電子的滲透率將達到13%,而Si産品仍將占據剩下的87%的市場份額。

微波射頻領域

據Yole預測,2016-2020年GaN射頻器件市場將擴大至目前的2倍,市場複合年增長率(CAGR)將達到4%;2020年末,市場規模將擴大至目前的2.5倍。

2015年,受益于中國LTE(4G)網絡的大規模應用,帶來無線基礎設施市場的大幅增長,有力地刺激了GaN微波射頻産業。2015年末,整個GaN射頻市場規模接近3億美元。

2017-2018年,在無線基礎設施及國防應用市場需求增長的推動下,GaN市場會進一步放大,但增速會較2015年有所放緩。

2019-2020年,5G網絡的實施將接棒推動GaN市場增長。未來10年,GaN市場將有望超過30億美元。

光電領域

随着技术进步,半导体照明的应用领域不断拓宽,市场规模不断增长。据美國产业研究机构Strategies Unlimited 2016年发布的报告显示,2015年,LED器件营收约147亿美元,预计2016年约152亿美元;2020年超过180亿美元。LED器件照明应用仍是主流应用,约占30%以上,并稳步增长;LED在汽车以及农业等应用逐年扩大。

近年來,LED照明産品的市場滲透率快速增長,特別是在新增銷售量的滲透率有較快增長,但在已安裝市場上,由于基數龐大,LED目前的(在用量)市場滲透率仍不高。

IHS數據顯示,2015年全球LED燈安裝數量在整體照明産品在用量中的滲透率僅爲6%,預計2022年將接近40%,LED全球照明市場仍具較大增長潛力。


我國鏈條基本形成,産業初步啓動

2016年,我國半導體照明産業整體産值達到5216億元,較2015年同比增長22.8%;電力電子和微波射頻産業處于起步階段。

與國際領先水平相比,我國在第三代半導體襯底、外延材料、器件的整體技術水平落後3年左右;在第三代半導體光電子領域,LED技術水平已接近國際先進水平;在第三代半導體微電子應用方面,日、美、歐在地鐵機車、新能源汽車、白色家電、光伏逆變器、雷達等領域開展了規模應用,而我國只在光伏逆變器、PFC電源、UPS、軍用雷達等領域有小規模應用。


産業鏈條初具雛形


初步形成較完整創新研發和産業化體系。我國開展第三代半導體材料相關研究的國家重點實驗室、國家工程中心、國家工程實驗室20余家,各類國家級産業化基地、試點城市超過50家。上、中、下遊及設計、配套等各環節均開始出現一些優秀廠商,初步形成了較爲完整的産業鏈。

SiC材料體系方面,襯底環節有山東天嶽、天科合達、河北同光等已經實現量産,外延環節有東莞天域、瀚天天成、正在投資進入,器件環節有泰科天潤等。同時,揚州揚傑電子、世紀金光、中電55所、13所、國家電網、株洲南車等均在SiC電力電子全産業鏈體系進行了布局。

GaN材料體系方面,外延環節主要有蘇州晶湛、江西晶能、東莞中镓等。GaN電力電子器件方面,蘇州能訊、江蘇能華、杭州士蘭微、江蘇華功半導體均已進入布局。GaN射頻電子方面,台灣台積電和穩懋是目前國內企業代工的主要平台,三安光電、蘇州能訊已經布局,而中電13所、55所、29所(海特高新)已經在軍用領域占據優勢。

GaN光電子方面,國內半導體照明相關企業超過30000家,其中上遊三安光電、華燦光電、德豪潤達規模均超過10億,中遊木林森、國星光電、瑞豐光電、鴻利智彙等在照明之外積極布局紅外、紫外、車用等細分領域,下遊照明領域,飛樂、雷士、歐普、陽光等照明企業完成LED轉型,成爲行業龍頭。


市場先于産業開啓


2016年是我國第三代半導體産業發展“元年”。據初步統計,2016年我國第三代半導體産業的整體規模約爲5228億元,其中電力電子産值規模7200萬元,微波射頻産值規模10.9億元,光電(主要爲半導體照明)産業規模超過5200億元。

電力電子市場規模超過1億元

2016年,第三代半導體器件在消費類電子、工業電機、太陽能光伏、風力發電、新能源汽車、大數據中心等應用領域開始滲透。2016年,我國第三代半導體電力電子器件的市場規模約爲1.6億元,目前市場90%爲進口産品所占有。

據國家統計局數據,2015年我國半導體分立器件規模以上企業的銷售額超過900億元/年,國內第三代半導體電力電子的滲透率不到0.5%。國內目前最大的應用領域在開關電源和不間斷電源,而滲透最快的是光伏應用領域。

微波射頻市場空間廣闊

我国GaN器件在微波射頻領域的应用正在快速成熟,特别是民用市场即将起量。全球移动通信基站射频功率器件的市场规模约10亿美元,我国仅中兴、华为、大唐等企业的总需求就在3亿-4亿美元。2016年,我国第三代半导体微波射频电子市场规模约为9.43亿元,其中国防军事和航天应用是主要应用领域。而民用领域,华为、中兴等通信设备商均早已开始针对GaN在无线通讯设备中应用进行布局,但目前国内市场上GaN射频功率器件产品基本为欧、美、日大厂所出,国内研究虽已展开,但目前尚无成熟产品应用,我国自产的具有良好性能和稳定量产供货能力的GaN产品迫在眉睫。

半導體照明突破5000億

我國第三代半導體材料成功産業化的第一個突破口是光電子領域的半導體照明産業。目前,我國已成爲全球最大的半導體照明産品生産和出口地。2016年,我國半導體照明産業整體産值首次突破5000億元,達到5216億元,其中上遊外延芯片規模約182億元,中遊封裝規模達到748億元,下遊應用規模4286億元。以LED爲主營業務上市公司增長到28家,營收持續增長。國內企業頻繁參與國際整合並購案,國際競爭力進一步提升。


基地建設開始啓動


2016年,以“北京第三代半導體材料及應用聯合創新基地”(以下簡稱“北京基地)正式動工和第三代半導體南方基地落戶廣東事件爲標志,我國第三代半導體的地方基地布局在各級政府推動下正在逐步展開。

北京第三代半導體材料及應用聯合創新基地

北京市拥有全国第三代半导体领域一半以上的科技资源、主要应用领域企业总部,以及专业的産業服務机构和首都创新大联盟等众多的产业技术创新联盟,具有发展第三代半导体产业最丰富的资源优势。

自2012年起,北京市科委就已开始第三代半导体材料及应用的研发布局,并于2015年联合顺义区政府及国家半导体照明工程研发及产业联盟共同签署了《北京第三代半導體材料及應用聯合創新基地建设戰略合作协议》,探索了由社会资本与政府共同参与的高科技产业基地建设模式,旨在全球范围内整合资源,形成第三代半导体重大关键技术的供给源头,区域产业集聚发展的创新高地,成果转化与创新创业的众创平台,面向全球开放协同的创新网络。

基地一期占地47亩,并于2016年7月开工,预计2017年项目竣工,并吸引企业入驻,重点打造集研发中试平台、産業服務平台、产业基金和园区建设四位一体的产业创新生态系统。

廣東第三代半導體南方基地

第三代半導體南方基地由廣東省科技廳、第三代半導體産業技術創新戰略聯盟、東莞市政府及相關企業共同建設。

以“平台公司+研究院+産業園區+産業基金”四位一體模式建設構成的全産業鏈生態創新體。南方基地建設可以極大地發揮産業優勢,以應用爲牽引,促進創新和應用的同步快速發展。

除北京、廣東基地以外,江蘇、浙江、廈門、江西等地在政府多年持續推動下,繼續保持先發優勢,逐步開始成爲國內具有較爲完整産業鏈的第三代半導體産業特色集聚區。

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