近期，業(yè)內(nèi)完成了一起并購案，美國(guó)功率器件大廠 Wolfspeed 以 1.25 億美元的價(jià)格，將其射頻業(yè)務(wù)（Wolfspeed RF）出售給了美國(guó)另一家模擬和混合信號(hào)芯片廠商 MACOM Technology。

在出售的射頻業(yè)務(wù)中，還包括 GaN-on-SiC（以 SiC 為襯底的 GaN 芯片技術(shù)）產(chǎn)品組合及其專利，主要用于制造射頻芯片），這部分業(yè)務(wù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天、國(guó)防、工業(yè)和電信。

對(duì)于這起并購案，Wolfspeed 總裁兼首席執(zhí)行官 Gregg Lowe 表示：「鑒于在汽車，工業(yè)和可再生能源市場(chǎng)看到的顯著增長(zhǎng)，我們相信現(xiàn)在是進(jìn)一步專注于擴(kuò)展功率器件和材料業(yè)務(wù)以滿足這一市場(chǎng)需求的正確時(shí)機(jī)，」可見，長(zhǎng)期以來一直押注功率半導(dǎo)體的 Wolfspeed，這次又進(jìn)一步，干脆將射頻業(yè)務(wù)賣掉了，把全部精力都集中在了功率器件方面。

相對(duì)于 Wolfspeed，MACOM 更加關(guān)注射頻業(yè)務(wù)，近些年，該公司一直在發(fā)展新興射頻技術(shù)，特別是基于 GaN 的射頻芯片，它在手機(jī)基站應(yīng)用中如魚得水，替代傳統(tǒng) LDMOS 芯片的勢(shì)頭很猛，具有很好的發(fā)展前景。因此，此次收購到 Wolfspeed RF 業(yè)務(wù)，對(duì) MACOM 的 GaN 技術(shù)和產(chǎn)品水平提升有很大幫助。

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

SiC 和 GaN 的應(yīng)用路徑

作為第三代半導(dǎo)體材料工藝的代表，SiC 和 GaN 一直備受關(guān)注，且有很多行業(yè)知名半導(dǎo)體企業(yè)投入大量資金和人力在它們上面，以期在未來競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。

無論是 SiC，還是 GaN，都可以在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)揮獨(dú)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(fā)展情況來看，這兩種材料在實(shí)際應(yīng)用中還是存在明顯差異，SiC 在功率半導(dǎo)體，特別是高壓（800V 以上）應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展迅猛，電動(dòng)汽車是典型代表，由于市場(chǎng)空間廣闊，SiC 幾乎成為先進(jìn)功率器件的代名詞。而 GaN 則更傾向于在射頻應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用方面，典型代表是手機(jī)充電器。

SiC 的應(yīng)用介紹起來相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗挥迷诟邏汗β拾雽?dǎo)體領(lǐng)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(dòng)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(wǎng)應(yīng)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(shè)備的超高壓功率轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電網(wǎng)、將交流電轉(zhuǎn)換為直流電并在傳輸級(jí)電壓下再次轉(zhuǎn)換回交流電等。

GaN 的應(yīng)用相對(duì)復(fù)雜一些，因?yàn)樗瓤梢杂糜诠β势骷部捎糜谏漕l器件。

在射頻應(yīng)用方面，5G 基站是 GaN 的主戰(zhàn)場(chǎng)，它的速度和高功率密度明顯優(yōu)于以硅材料為基礎(chǔ)的 LDMOS 器件，目前，雖然 LDMOS 的性能較低，但憑借成本優(yōu)勢(shì)，依然占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，不過它更多應(yīng)用在 4G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，而 GaN 在 4 GHz 以上頻率應(yīng)用中是沒有真正競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的，未來，隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的普及和器件成本的下降，GaN 在射頻應(yīng)用領(lǐng)域還有很大拓展空間。

另外，在雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域，GaN 也有很好的應(yīng)用前景。目前，美國(guó)軍方正在部署許多使用 GaN 器件的地面雷達(dá)系統(tǒng)，包括諾斯魯普-格魯曼公司為美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)建造的地面/空中任務(wù)導(dǎo)向雷達(dá)和有源電子掃描陣列雷達(dá)，雷神公司的 SPY6 雷達(dá)已交付給美國(guó)海軍，并于 2022 年 12 月首次在海上進(jìn)行測(cè)試，該系統(tǒng)極大地?cái)U(kuò)展了艦載雷達(dá)的范圍和靈敏度。

GaN 在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域也有應(yīng)用，不過不如 SiC 市場(chǎng)規(guī)模那么大，且 GaN 主要集中在中低功率應(yīng)用領(lǐng)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(fèi)類電子產(chǎn)品充電器，高開關(guān)速度（300 kHz，效率高于 92%），相對(duì)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(yīng)用。

微型逆變器或傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要，與電池相結(jié)合，它們可以組成不間斷電源，此外，所有數(shù)據(jù)中心都使用功率因數(shù)校正電路，該電路調(diào)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(jīng)濟(jì)的解決方案，未來有替代硅器件的發(fā)展趨勢(shì)，不過，就目前情況來看，GaN 在數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模還較小，大部分市場(chǎng)份額依然被硅器件占據(jù)著。

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇

以上介紹了 SiC 和 GaN 的應(yīng)用特點(diǎn)，以及主要應(yīng)用領(lǐng)域。隨著應(yīng)用的拓展和技術(shù)的不斷成熟，相應(yīng)的市場(chǎng)空間越來越大，各大廠商的市場(chǎng)爭(zhēng)奪戰(zhàn)也越來越激烈，特別是在 SiC 領(lǐng)域，由于可見的蛋糕更大，廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)不斷升級(jí)，此次，Wolfspeed 將其射頻業(yè)務(wù)出售給 MACOM，集中精力發(fā)展功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)（當(dāng)然，除了 SiC，Wolfspeed 也在發(fā)展 GaN 功率半導(dǎo)體應(yīng)用）。

縱觀 Wolfspeed 近些年的發(fā)展歷程，可以清晰地看出該公司不斷集中精力和資源發(fā)展功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)部門（主營(yíng) RF 和電力電子業(yè)務(wù)），然而，由于兩家公司無法解決監(jiān)管機(jī)構(gòu)提出的國(guó)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(yè)務(wù)；2019 年 5 月，Cree 將其照明產(chǎn)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(dǎo)體制造工廠建設(shè)世界上最大的 SiC 晶圓廠；2020 年 10 月，Cree 將其 LED 業(yè)務(wù)以 3 億美元的價(jià)格出售給了 SMART Global Holdings；2021 年 10 月，Cree 更名為 Wolfspeed，充分表達(dá)出押注功率半導(dǎo)體，特別是 SiC 市場(chǎng)的決心。

近兩年，以 Wolfspeed 為代表，全球各大知名半導(dǎo)體廠商在爭(zhēng)奪全球 SiC 霸主方面的動(dòng)作越來越大，也越來越頻繁。

近期，瑞薩電子證實(shí)，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(xiàng)。英飛凌和 Wolfspeed 一直在爭(zhēng)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(dòng) 8 英寸 SiC 晶圓廠出貨了第一批產(chǎn)品。2022 年 9 月，Wolfspeed 宣布在北卡羅來納州查塔姆縣靠近其達(dá)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(dá)勒姆 SiC 襯底工廠，而新工廠的建成也將使它們的 SiC 產(chǎn)能增加 10 倍，主要生產(chǎn) 8 英寸 SiC 襯底，供貨給紐約莫霍克谷工廠。

對(duì)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(hào)廠區(qū)的第二階段建設(shè)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(chuàng)建世界上最大的 8 英寸 SiC 晶圓廠。據(jù)悉，計(jì)劃中的擴(kuò)張得到了客戶的支持，包括來自汽車和工業(yè)應(yīng)用約 50 億歐元的新設(shè)計(jì)訂單，以及包括法國(guó)施耐德電氣在內(nèi)的客戶約 10 億歐元的預(yù)付款。

在半導(dǎo)體市場(chǎng)低迷的當(dāng)下，客戶為 SiC 晶圓廠支付的預(yù)付款顯著增加了芯片制造商的現(xiàn)金流，這有助于功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)抵御市場(chǎng)其它版塊周期性變化帶來的負(fù)面影響，并及時(shí)提高產(chǎn)能，以適應(yīng)電動(dòng)汽車和可再生能源的應(yīng)用需求，以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所需的逆變器市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。

英飛凌的投資將使該公司 2030 年的 SiC 年?duì)I收潛力達(dá)到 70 億歐元，同時(shí)計(jì)劃將 Villach 和 Kulim 的 8 英寸傳統(tǒng)硅晶圓廠轉(zhuǎn)換為 SiC 產(chǎn)線。采取這些措施的目標(biāo)是在未來 10 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)占全球 30% 市場(chǎng)份額的目標(biāo)。英飛凌表示，該公司 2025 財(cái)年的 SiC 營(yíng)收將超過 10 億歐元。

英飛凌擁有 6 個(gè)汽車 OEM 客戶，其中 3 家來自中國(guó)大陸，包括福特、上汽和奇瑞，另外，還有 SolarEdge，以及 3 家領(lǐng)先的中國(guó)光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)公司。

安森美半導(dǎo)體也是 SiC 器件大廠，該公司已經(jīng)為汽車和可再生能源應(yīng)用的設(shè)備簽訂了超過 20 億美元的長(zhǎng)期供貨協(xié)議。

除了以上這幾家公司，2023 上半年，意法半導(dǎo)體、三菱電機(jī)、羅姆、Soitec 等都在擴(kuò)產(chǎn)，意法半導(dǎo)體在 1 月宣布斥資 40 億美元用于擴(kuò)產(chǎn) 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(yè)，建設(shè)總額預(yù)計(jì)達(dá)到 32 億美元。

中國(guó)本土廠商也在擴(kuò)建 SiC 晶圓產(chǎn)能，例如，中車時(shí)代電氣將投資 111.19 億元建設(shè)中低壓功率器件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目；長(zhǎng)飛先進(jìn)計(jì)劃建設(shè)第三代半導(dǎo)體功率器件生產(chǎn)項(xiàng)目，包括外延片、晶圓制造、封測(cè)等產(chǎn)線，建設(shè)完成后將形成 6 英寸 SiC 晶圓及外延片 36 萬片/年的產(chǎn)能；比亞迪計(jì)劃斥資 2 億元，在深圳建設(shè) SiC 外延片中試線項(xiàng)目，擴(kuò)建后將新增 SiC 外延片產(chǎn)能 6000 片/年，總產(chǎn)能達(dá) 18000 片/年。

以上主要介紹了各大廠商在 SiC 方面的競(jìng)爭(zhēng)，下面看一下 GaN。

與 SiC 類似，GaN 產(chǎn)業(yè)鏈也由襯底、外延片、器件設(shè)計(jì)、制造組成。隨著 GaN 市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，襯底需求也隨之增長(zhǎng)，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上，襯底所占比重較大，價(jià)值最重，制造工藝難度和門檻最高。就成本而言，襯底占整個(gè)產(chǎn)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(yè)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(duì)便宜，MACOM 原本就是以 GaN-on-Si 為主攻方向，此次，收購 Wolfspeed 射頻業(yè)務(wù)后，得到了 GaN-on-SiC 相關(guān)技術(shù)和專利，有望在這方面有所拓展。GaN-on-GaN 各項(xiàng)性能指標(biāo)都很高，但襯底價(jià)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(tǒng) LED 照明領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出。

在商業(yè)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(chǎng)最為引人關(guān)注的并購案。

綜上，對(duì)于全球兩大專注于功率器件的半導(dǎo)體廠商（Wolfspeed 和英飛凌）而言，它們的發(fā)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(dǎo)體市場(chǎng)。