公司深度国产替代最有可能形成突破的半导体

公司深度国产替代最有可能形成突破的半导体,第1张

功率半导体行业背景:

功率器件原理:

功率器件特指转换并控制电力的功率半导体器件。电力转换包括转换一个或多个电压、电流或频 率;功率控制指控制输入和输出的功率大小。(电力转换 核心 目标是提高能量转换率、减少功率损耗。关断时没有漏电,导通时没有电压损失, 在开关切换时没有功率损耗。电力控制 核心 是使用最小的输入控制功率保证输出功率的大小和时延。)

半导体器件分类:

功率半导体应用范围

功率半导体下游应用广泛,基本上涉及到电力系统的地方都会使用功率器件。下游应用领域主要可分为几大部分: 消费电子、新能源 汽车 、可再生能源发电及电网、轨道交通、白色家电、工业控制,市场规模呈现稳健增长态势。

功率半导体发展

功率半导体分类及特点

功率器件性能对比

功率半导体市场规模

功率半导体用于所有电力电子领域,市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新 能源 汽车 、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。成熟市场规模:根据IHS Markit 数据显示2018年全球功率器件市场规模为391亿美元, 中国功率市场规模为138亿美元 ,全球占比 35%。

纯增量市场规模:我们主要测算了国内新能源 汽车 、充电桩、光伏和风电四个领域中应用功率半导体市场空间。

①新能源 汽车 领域市场需求到2025年约160亿元,2030年约275亿元。

②公共直流充电桩领域2020-2025年累计市场需求约140亿元,2025-2030年累计需求约400亿元。

③光伏领域2020-2025年累计市场需求约50亿元,随政策调整有望进一步增长。

④风电领域2020-2024 年累计市场需求约30亿元。整体看,国内功率半导体市场2025年四个领域提供纯增量规模预计达 200亿元。

根据Omdia数据显示,2018年全球排名前十功率半导体企业来自于美国、欧洲和日本,合计市占率达60%。国内功率半导体市场自给率偏低,中高端功率MOSFET和IGBT自给率不足10%,国产替代空间巨大。

行业发展趋势一:不需要追赶摩尔定律,倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代,整体趋向集成 化、模块化

功率半导体整体进步靠制程工艺、封装设计和新材料迭代。设计环节:功率半导体电路结构简单, 不需要像数字逻辑芯片在架构、IP、指令集、设计流程、软件工具等投入大量资本。 制造 环节: 因不需要追赶摩尔定律,产线对先进设备依赖度不高,整体资本支出较小。封装环节:可分为分 立器件封装和模块封装,由于功率器件对可靠性要求非常高,需采用特殊设计和材料,后道加工价值量占比达35%以上,远高于普通数字逻辑芯片的10%。

行业发展趋势二:新能源与5G通信推动第三代半导体兴起

新能源、5G等新兴应用加速第三代半导体材料产业化需求,我国市场空间巨大且有望在该领域快 速缩短和海外龙头差距。①天时:第三代材料在高功率、高频率应用场景具有取代硅材潜力,行业整体处于产业化起步阶段。②地利:受下游新能源车、5G、快充等新兴市场需求以及潜在的硅材替换市场驱动,目前深入研究和产业化方向以SiC和GaN为主,国内市场空间巨大。③人和:第三代半导体核心难点在材料制备,其他环节可实现国产化程度非常高,加持国家在政策和资金方 面大力支持。我们认为该行业技术追赶速度更快、门槛准入较低、国产化程度更高,中长期给国内功率半导体企业、衬底材料供应商带来更多发展空间确定性更强。

行业发展趋势三:IDM模式更适合功率半导体行业,代工可以提供产能、工艺技术补充

海外功率半导体龙头企业都采用IDM模式,国内功率半导体行业商业模式以IDM为主,设计+代工为辅。

国内上市公司

国内功率半导体发展分析

企业简介:

公司主营业务是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,并以IGBT模块形式对外实现销售。IGBT模块的核心是IGBT芯片和快恢复二极管芯片,公司自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一。公司总部位于浙江嘉兴,在上海和欧洲均设有子公司,并在国内和欧洲均设有研发中心。

自2005年成立以来,公司一直致力于IGBT芯片和快恢复二极管芯片的设计和工艺及IGBT模块的设计、制造和测试,公司的主营业务及主要产品均未发生过变化。2019年,IGBT模块的销售收入占公司销售收入总额的95%以上,是公司的主要产品。

股权结构:

斯达的创始人,深耕 IGBT 领域十五年:

董事长兼创始人沈华(1963 年),于1995 年获得美国麻省理工学院(MIT)材料学博士学位,1995年7月至1999年7月任西门子半导体部门(英飞凌前身,1999 年成为英飞凌公司)高级研发工程师,1999 年 8 月至 2005 年任赛灵思公司高级项目经 理。

胡畏(1964 年),副总经理,1994年获美国斯坦福大学工程经济系统硕士学位。 1987年至1990年任北京市计算中心助理研究员,1994年至1995年任美国汉密尔顿证券商业分析师,1995 年至2001年任美国 ProvidianFinancial 公司市场总监,执行高级副总裁助理,公司战略策划部经理。2005 年回国创办公司。

从前十大流通股东来看,多只公募基金二季度新进前十大股东。2季度均价150。

财务介绍:

摸鱼打分73分,ROE8.21%,2020年上半年,公司实现营业收入41,647.84万元,较2019年上半年同期增长13.65%,实现归属于上市公司股东的净利润8,067.11万元,较2019年上半年同期增长25.30%,扣除非经常性损益的净利润6,903.77万元,较2019年上半年同期增长31.00%。同时,公司主营业务收入在各细分行业均实现稳步增长: (1)公司工业控制和电源行业的营业收入为32,924.94万元,较上年同期增长15.86%;(2)公司新能源行业营业收入为6,981.03万元,较上年同期增长6.03%;(3)公司变频白色家电及其他行业的营业收入为1,649.38万元,较上年同期增长12.35%。

PE200倍,处于 历史 66%位置,PB28.72倍, 历史 66%的位置。

公司看点:

公司采用以市场为导向,以技术为支撑,通过不断的研发创新,开发出满足客户需求的具有市场竞争力的功率半导体器件,为客户提供优质的产品和技术服务。

公司产品生产环节主要分为 芯片和模块设计、芯片外协制造、模块生产 三个阶段。

阶段一:芯片和模块设计。公司产品设计包含IGBT芯片、快恢复二极管芯片的设计和IGBT模块的设计。本阶段公司根据客户对IGBT关键参数的需求,设计出符合客户性能要求的芯片;根据客户对电路拓扑及模块结构的要求,结合IGBT模块的电性能以及可靠性标准,设计出满足各行业性能要求的IGBT模块。

阶段二:芯片外协制造。公司根据阶段 一 完成的芯片设计方案委托第三方晶圆代工厂如上海华虹、上海先进等外协厂商外协制造自主研发的芯片,公司在外协制造过程中提供芯片设计图纸和工艺制作流程,不承担芯片制造环节。

阶段三:模块生产。模块生产是应用模块原理,将单个或多个如IGBT芯片、快恢复二极管等功率芯片用先进的封装技术封装在一个绝缘外壳内的过程。由于模块外形尺寸和安装尺寸的标准化及芯片间的连接已在模块内部完成,因此和同容量的器件相比,具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好等优点。公司主要产品IGBT模块集成度高,内部拓扑结构复杂,又需要在高电压、大电流、高温、高湿等恶劣环境中运行,对公司设计能力和生产工艺控制水平要求高。本阶段公司根据不同产品需要采购相应的芯片、DBC、散热基板等原材料,通过芯片贴片、回流焊接、铝线键合、测试等生产环节,最终生产出符合公司标准的IGBT模块。

公司销售主要采取直销的方式进行销售,根据下游客户的分布情况,除嘉兴总部外在全国建立了六个销售联络处,并于瑞士设立了控股子公司斯达欧洲,负责国际市场业务开拓和发展。

下游应用:

中国工控 IGBT 市场按照总体 150 亿 RMB 工控占比 29%计算大约在 44 亿 RMB。 按照国内复合增速 5%,则 2025 年国内工控的市场空间约为 60 亿元;这一块是斯达半导的基本盘,行业需求分散稳定且波动相对较小。英威腾和汇川技术等工控领域国内 领军公司一直都是斯达半导排名第一第二的大客户。

疫情加速了国内下游工控行业的国产替代进程,疫情同时阻碍了英飞凌等 IGBT 产品进入国内。斯达工控 IGBT 可能处于下游本 土需求增加+加速替代国外龙头提升份额的有利局面,预计在后疫情时代工控 IGBT 领 域持续提升市占率的过程也将持续。

IGBT 占新能源车成本近 8%,且是纯增量产品。 IGBT 模块在新能源 汽车 领域中发挥着至关重要的作用,被广泛应用于电机控制器、车载空调、充电桩等设备。IGBT 模块的作用是交流电和直流电的转换,同时IGBT模块还承担电压的高低转换的功能。新能源 汽车 外接充电时候是交流电,需要通过 IGBT模块转变成直流电然后给电池,同时要把交流电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。

在电动车领域主要应用分三类: 1)电驱动系统:IGBT 模块将直流变交流后驱动 汽车 电机(电控模块); 2)车载空调变频与制热:小功率直流/交流逆变,这个模块工作电压不高,单价相对也低一些; 3)充电桩中 IGBT模块被用作开关使用:直流充电桩中 IGBT模块的成本占比接 近 20%;

电池成本占比最大,一般来说可以占到约电动车总成本 40%以上;2)成本占比第二大的是电机驱动系统,可以达到电动车总成本的 15%~20%,而 IGBT则占到电机驱动系统成本 40%-50%,等价于 IGBT 占新能源车总成本接近 8%的比例。

并且,对于IGBT来说,新能源 汽车 对 IGBT 需求是纯增量,因为传统燃油车功率半导体器件电压低,只需要Si基的 MOSFET,而新能源 汽车 在 600V以上MOSFET无法达到要求,必须要换成 IGBT;因此 IGBT 是仅次于电池以外第二大受益的零部件。

斯达在家电 IPM 和光伏风电等都有相关布局,但是营收占比还相对较小,19 年占比在 4%左右,可能和市场空间相对较小,公司选择先攻克工控和新能源 汽车 的战略有关,在供应链安全因为外部环境受到威胁的大背景下,斯达未来在这一块不断增长的利基市场还是有比较大的替代潜力,是斯达的潜在期权增量领域。

行业地位:

由于IGBT对设计及工艺要求较高,而国内缺乏IGBT相关技术人才,工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚,因此IGBT市场长期被大型国外跨国企业垄断,国内市场产品供应较不稳定;随着国内市场需求量逐步增大,供需矛盾愈发突显。我国政府于《中国制造2025》中明确提出核心元器件国产化的要求,“进口替代”已是刻不容缓。公司具备自主研发设计国际主流IGBT芯片和快恢复二极管芯片的能力和先进的模块设计及制造工艺水平,全面实现了IGBT和快恢复二极管芯片及模块的国产化,是国内IGBT行业的领军企业。

根据全球著名市场研究机构IHS在2019年发布的最新报告,2018年度公司在全球IGBT模块市场排名第八,市场占有率2.2%,是唯一进入前十的中国企业。

未来看点:

短期看工控IGBT :20年疫情背景加速了下游如汇川技术等客户变频器/伺服等产品的国产替代(汇川中报业绩预告高速增长),同时斯达竞争对手英飞凌等产能受限物流受阻,斯达工控IGBT目前处于客户高增长和竞争对手暂时受阻碍的有利局面,二三季度边际向好确定,未来2年工控IGBT是斯达的基本盘;

中期看车载IGBT :车载IGBT行业增速快于工控,且认证慢,安全性和产品性能要求高;斯达前期车载IGBT产品持续研发布局,累计给20家车企客户进行小批量配套供货,预计接下来将迎来收获期,且恰逢IPO扩产增加车载IGBT产能,预计车载IGBT将较快起量,是公司20-25年增长最快的细分领域;新能源 汽车 业务进展顺利,新增多个项目定点。上半年新能源乘用车销量大幅下滑的背景下,公司新能源领域营收仍小幅增长,估计公司已成为低功率电动车细分领域最大的IGBT模块供应商,同时斩获了多个国内外知名车型平台定点,将在2022年开始SOP。另外,48V功率器件开始大批量装车应用,出货量有望继续上升。

长期看SIC布局 :斯达对SIC持续投入研发,并和宇通等联合开发基于SIC的电机控制系统,预计2024年左右国内会迎来SIC器件渗透率拐点,测算不同SIC渗透率和斯达在IGBT/SIC器件不同市占率下斯达2025年的收入,显示2025年斯达收入在42亿-64亿之间,净利率20%左右。

远川 科技 评论近日从产业链人士处独家获悉,北纬三十八度集成电路制造有限公司(以下简称“北纬公司”)为国内芯片设计商深圳新声半导体(以下简称“新声”)代工的声表面波滤波器产品(以下简称SAW滤波器),已投入量产且达到发货水准。双方合作的SAW滤波器主打难度较高的射频模组。

这标志着,北纬公司成为国内极少数具备滤波器制造能力的射频芯片代工厂。结合我们此前发布的BAW滤波器量产消息,可以说,中国芯片产业界的射频短板已悉数补齐,向全自主射频模组又迈出了一大步。

梳理最近国内射频芯片界的动作,不难发现,纯晶圆代工+独立芯片设计商,在当下的时点,成为一个越来越具代表性的产业路线。回顾全球范围内的射频芯片产业发展史就会发现,这一路线响应了当下中国 科技 产业的需要。无论是突破关键芯片卡脖子,还是在商业上可持续发展,都是一个大胆且值得称道的尝试。

本文从全球射频芯片发展史出发,试图梳理前后三代的发展路径:

1. 第一代:买、买、买

2. 第二代:代工,还是IDM?

3. 第三代:组合式创新

射频领域的国际巨头,都是通过并购成长而来。

首先是博通。博通前身安华高(Avago)脱胎于惠普的半导体部门,2008年收购英飞凌BAW滤波器业务,为其在高端滤波器市场的垄断地位打下坚实的基础。2015年,安华高“小鱼吃大鱼”,以370亿美元代价收购体量比自己更大的旧博通,这场“入赘”式的收购完成后,安华高索性把公司更名为“博通”。

然后是思佳讯(Skyworks)。2006年,思佳讯分拆基带业务专注射频,之后接连并购两家PA厂商,成为全球第一大PA供应商。2014年,思佳讯与松下合资成立FilterCo涉足BAW滤波器业务,其后收购松下剩余股权,至此填上了最后一块业务短板。

至于科沃(Qorvo),其本身就是龙头联姻的结果。2008年后,PA和天线开关大厂RFMD业务接连受挫,先是2G市场增长乏力,然后是PA市场被思佳讯超越。到了2014年,RFMD与擅长SAW和BAW滤波器的TriQuint合并。如此,Qorvo诞生之初,便打通了全产业链。

最后是村田(Murata)。村田本来主营被动元器件,2012年4G爆发之际重金加注SAW滤波器,并在这一市场中高端产品占据统治地位。即便到了BAW滤波器占优的高频领域,村田也率先研发出TC-SAW(温度补偿型)滤波器与之对抗。为了补足PA短板,村田之后并购了瑞萨PA部门和美国Peregrine半导体。

总结国际射频巨头的并购之路,可以发现三条规律:

其一,并购发起者多有一个特别长的长板,在优势领域并购有利于保证产品竞争力,迅速扩大市场占有率。思佳讯收购两家PA公司成为全球第一个PA供应商,是一个典型的案例。

其二,射频前端模组化要求不能有短板。思佳讯收购BAW滤波器公司,村田收购PA公司,是同样的道理。如果射频模组中有一类关键器件需要外购,成本端就是不可控的,不利于做高毛利率。

其三,移动通信制式升级换代是射频行业洗牌的关键节点。思佳讯在3G前夜切入PA,村田在4G发展初期重金加注SAW滤波器,都为后来分别占据细分射频市场头把交椅奠定了基础。

在跨国巨头纷纷通过并购手段,自建大而全的IDM的时候,中国射频公司早早开始了 探索 。三家公司最具代表性,一家是中国台湾地区的稳懋,纯代工模式;另外两家是中国大陆地区的好达和三安,分别为IDM和代工。

先看稳懋。

稳懋1999年成立,一开始跨过4英寸砷化镓产线直接建6英寸,但彼时工艺极不成熟,破片率高达10% 20%,稳定量产难度极大。在外部股东输血支持下,稳懋坚持技术攻关,终于在2006年攻克PHEMT、HBT等关键技术,产线生产效率提高同时,破片率也大大降低到0.5%以下。2007年,稳懋扭亏为盈。目前,稳懋在砷化镓晶圆代工领域占据了接近八成的市占率。

因在砷化镓代工领域的绝对优势,稳懋赢得了两类客户的支持。一类是大陆的PA公司,另一类则是博通和苹果等业务规模庞大、有射频芯片委外制造需求的美国公司。这些客户支撑了稳懋高达上千亿新台币的建厂计划。

既然是代工,有一条还格外重要,那就是严守中立,诚信可靠。2017年,博通旗下的安华高入股稳懋,却同意不进入董事会,就是为了保证其独立可靠。没有这一点,苹果恐怕也很难选择稳懋为自研射频元件的代工商。

从稳懋的案例可见,射频代工也是一个可持续的大生意。要做好,关键在于两点,一个是要在研发上死磕,制造技术要有一个很长的长板,能够提供先进的、全方位的服务;另一个就是在经营上不抢客户的生意,让客户放心。长此以往,便能形成正循环。

相比于稳懋,大陆地区的两个玩家则分别有着明显的短板。

好达成立于1999年,是大陆 历史 最为悠久的射频IDM。2005年,好达研发出手机滤波器。但直到2015年,村田SAW滤波器缺货,好达才迎来一波发展机遇。

相比于好达,三安是射频芯片业界的新生,2014年才切入射频业务,但发展迅速。2021年,三安的SAW滤波器客户已达数十家,产量也从原先的季产1000万跃升至最近的月产1000万颗,由此成为好达在中低端市场的强大对手。

在一些业内人士看来,三安的问题和好达有些类似——在中高端射频产品领域表现乏力,比如没有BAW滤波器。这会衍生一个较大的问题,即模组化的时候面临掣肘,向别人外购成本较高。

总结好达和三安的经验,有两条规律值得注意:

其一,射频工厂一定要有一个特别长的长板,如果没有做到一条产品线的中高端,往下走会比较吃力。在自身禀赋不足的条件下投资很多设计公司,可能限制未来的发展。

其二,模组化是终局,无论是自身的制造能力,还是投资布局,一定要能拼起来射频模组。面向射频模组的器件技术壁垒高、利润率高、竞争不那么激烈,谁在射频模组领域领先,谁就站在了有利的战略位置上。

在吸取了第一代和第二代射频芯片公司的发展经验后,2018年,北纬三十八度集成电路制造有限公司(以下简称“北纬公司”)落户忻州半导体产业园,定位为SAW滤波器和PA晶圆代工厂。

2021年6月份,北纬公司4英寸SAW滤波器产线投产,迅速吸引了国内领先的滤波器设计公司——新声与之深度合作。双方合作的产品为面向射频模组的SAW滤波器。

北纬公司的合作方和产品都经过深思熟虑。

就合作方,新声是国内少数能够同时正向设计SAW和BAW滤波器的设计公司,创始人科班毕业,拥有在博通的丰富工作经验。优秀的设计公司能够很好牵引制造端,帮助工厂打磨工艺。而且,新声设计的BAW滤波器已经出货,与其绑定有利于将来在中高端射频模组的布局。

就产品选择,射频模组化的趋势已经十分明显,北纬公司选择了一开始就做能够放进模组中的滤波器。从产品定义开始,模组化对器件提出一系列更高的要求,在国内的射频芯片业是一个很好的占位。北纬公司聚集了一批来自日本、新加坡的资深专家,团队老中青结合,有能力接住。

经过短时间的磨合,新声在北纬公司代工的SAW滤波器迅速完成产品定型。双方的合作进展如此迅速,源于北纬公司的两点优势:

其一,北纬公司团队自身掌握大量的know-how。虽然是一个新公司,但是以尾藤为首的日本专家曾在NEC等大厂工作,有二十多年的芯片从业经验。SAW滤波器一个很大的难点在于一致性要求高,不能说这一次做出来的产品符合要求,下一次再做参数都变了。尾藤的解决办法是“反复看数据,让数据说话”,可见芯片老师傅的功底。

其二,北纬公司坚守代工服务的定位。SAW滤波器的另外一个难点在于射频信号很容易失真,给仿真领域建模带来较大困难。这就要求工厂工艺工程师需要与芯片设计工程师紧密配合,快速解决设计公司的问题。北纬公司最短48小时、平均一周、最长两周更新一版工艺,而国内某大厂一版工艺的更新时间一般是两个月。

绑定优秀的设计公司、选择面向模组的高产品定位、扎扎实实做好代工服务,北纬公司完成了三步走,下线的SAW滤波器产品在带宽、差损等性能指标上优于同业。

工艺难度更高的TC-SAW滤波器,则是已完成工艺研发,其样片品质因数(即Q值,衡量滤波器信号频率识别准确性的一个核心指标)更是数倍于国内同业竞争对手。

SAW和TC-SAW组合销售,有望成为北纬公司的独特竞争优势,也将使北纬公司在高难度射频芯片领域有一个特别长的长板,为之后扩展商业布局打下坚实的基础。

一个难以想象的事实是,本文所叙述的第三代射频芯片产业的代表——北纬公司,生长于山西省忻州市。

忻州是山西的一个特例——煤炭资源相对贫乏,主打农业。几年前,地方政府决心转型,为半导体产业园“量身定制”了一套特殊政策:为外籍人才提供人才公寓,解决职工子女就学问题,补贴高耗能的半导体原材料厂,电费低至不到两毛一度。

北纬公司生长于一个大环境悄然改善的山西,也的确为这片土地做出了自己的贡献:

首先是一个初具雏形的上下游芯片产业链。本地丰富的铝矾土资源,经过园区企业的处理,成为射频芯片所需的砷化镓晶圆。忻州半导体产业园不只是一个芯片工厂,而是一个芯片生态。

然后是一个极为整洁的冷暖水工程,除了服务于芯片制造,冬天还能给周围的居民区供暖,节省了数以亿计的能源成本。

最后是转型的勇气和方法。山西经济素来倚重煤炭,向 科技 产业转型,不可能凭空诞生一个天才的想法。正是北纬公司数十名驻扎在忻州的异国他乡的科学家和工程师,带动了更多富有才智的山西人回乡建设,最终将 科技 产业的梦想和方法灌输进几百万人心。

全文完,感谢您的耐心阅读。

从2018年开始,多款基于氮化镓技术开发的快充充电器相继量产,氮化镓也正式开启了在消费类电源领域商用。

近日,氮化镓半导体材料被正式写入“十四五规划”中,这就意味着氮化镓产业将在未来的发展中获得国家层面的大力扶持,前景十分值得期待。

氮化镓(gallium nitride,GaN)属于第三代半导体材料,其运行速度比传统硅(Si)技术加快了二十倍,并且能够实现高出三倍的功率,用于尖端快速充电器产品时,可以实现远远超过现有产品的性能,在尺寸相同的情况下,输出功率提高了三倍。

氮化镓新技术应用领域广阔,覆盖5G通信、人工智能、自动驾驶、数据中心、快充等等,这其中快充市场发展最为迅猛,成为先进技术普惠大众的一个标杆应用,可谓是人人都能享受到新技术从实验室走向市场的便利;而快充出货量、需求量庞大,也反哺了氮化镓技术的不断迭代。快充与氮化镓,堪称天生一对。

凭借优秀的性能,两年来氮化镓技术在快充电源方面的发展一路突飞猛进,普及速度十分快,获得越来越来越多品牌客户和消费者的认可。而作为氮化镓快充的核心器件,GaN功率芯片也一直都是大家关注的焦点。

充电头网通过长期跟踪调研了解到,近两年时间里,业内GaN功率芯片供应商也从起初的一两家迅速增长至十余家。今天这篇文章就是带大家详细的了解一下当前快充领域的氮化镓功率芯片领域的主要玩家。

众多厂商入局氮化镓功率器件

面对日益增长的快充市场,全球范围内已有纳微、PI、英诺赛科、英飞凌、意法半导体、Texas Instruments、GaNsystems、艾科微、聚能创芯、东科半导体、氮矽 科技 、镓未来、量芯微、Transphorm、能华、芯冠 科技 等16家氮化镓功率芯片供应商。

值得一提的是,英诺赛科苏州第三代半导体基地在去年9月举行设备搬入仪式。这意味着英诺赛科苏州第三代半导体基地开始由厂房建设阶段进入量产准备阶段,标志着全球最大氮化镓工厂正式建设完成,同时也预示中国功率半导体步入一个崭新时代。

充电头网通过整理了解到,目前市面上合封氮化镓芯片可分为以下四种类型:

控制器+驱动器+GaN:这种方式以老牌电源芯片品牌PI为代表,其基于InSOP-24D封装,推出了十余款合封主控、氮化镓功率器件、同步整流控制器等的高集成氮化镓芯片,PowiGaN芯片获众多品牌青睐,成为了合封氮化镓快充芯片领域的领导者。

此外在本土供应商中,东科半导体率先推出两款合封氮化镓功率器件的主控芯片DKG045Q和DKG065Q, 对应的最大输出功率分别为45W和65W。这两款芯片在节约系统成本,加速产品上市方面均有着巨大的优势,并有望在2021年量产。

驱动器+GaN:这种合封的氮化镓功率芯片以纳微半导体为主要代表,其为业界首家推出内置驱动氮化镓功率芯片的厂商,凭借精简的外围设计,获得广大工程师及电源厂商青睐,在2020年底,达成芯片出货量突破1300万颗的好成绩。

驱动器+2*GaN:合封两颗氮化镓功率器件以及驱动器的双管半桥产品,其集成度较传统的氮化镓功率器件更高。这类产品应用于ACF架构,以及LLC架构的氮化镓快充产品中,可以实现更加精简的外围设计。目前纳微半导体、英飞凌、意法半导体等厂商在这类合封氮化镓芯片方面均有布局。

驱动器+保护+GaN:纳微半导体近期推出了新一代氮化镓功率芯片NV6128,集成GaN FET、驱动器和逻辑保护器件。将保护电路也加入氮化镓器件中,通过整合开关管和逻辑电路,可得到更低的寄生参数以及更短的响应时间。该芯片可以实现数字输入,功率输出高性能,电源工程师可基于此设计出更快更小更高速的电源。

氮化镓芯片品牌盘点

以下排名不分先后,仅按照品牌首字母排序,方便读者查阅。

ARK艾科微

艾科微电子专注于高功率密度整体方案开发, 并以解决高功率密度电源系统带来的痛点与瓶颈为使命, 核心团队具备超过 20 年专业经验于功率半导体产业, 我们透过不断的创新及前瞻的系统架构并深入结合功率器件及高效能封装, 来实现高品质、高效能与纯净的电源系统,以满足市场对未来的需求。

艾科微在AC/DC 快充方案上不仅推出原副边芯片, 另有自主的开发MOSFET功率器件。伴随各种应用上电子产品针对高功率密度之强烈需求,我们承诺持续投资、创新、研发并一同与我们的合作伙伴引领市场、开创未来。

Cohenius聚能创芯

青岛聚能创芯微电子有限公司成立于2018年7月,公司坐落于青岛国际创新园区,主要从事第三代半导体硅基氮化镓(GaN)的研发、设计、生产和销售,专注于为业界提供高性能、低成本的GaN功率器件产品和技术解决方案。

聚能创芯掌握业界领先的GaN功率器件与应用设计技术,致力于整合业界优势资源,打造GaN器件开发与应用生态系统,为PD快充、智能家电、云计算、5G通讯等提供国产化核心元器件支持。

背靠上市公司赛微电子(300456)与知名投资基金支持,聚能创芯建立了业界领先的管理和技术团队。在产品研发与量产过程中,始终坚持高品质与高可靠性的要求。在得到合作伙伴广泛认同的同时,逐步成为第三代半导体领域的国际知名企业。

在消费类电源领域,聚能创芯面向快充应用国产化GaN材料和器件技术解决方案,并基于现有的氮化镓功率器件推出全新65W、100W、120W氮化镓快充参考设计。

Corenergy能华

江苏能华微电子 科技 发展有限公司是由留美归国博士于2010年创建。团队汇集了众多海内外的专业人才,是一家专业设计、研发、生产、制造和销售高性能氮化镓外延、晶圆、器件及模块的高 科技 公司。

氮化镓(GaN)是新一代复合半导体的代表,江苏能华已建立了GaN功率器件生产线。项目计划总投资50个亿,分期投资。预计第一期投资超10个亿。公司于2017年搬入张家港国家再制造产业园,新厂房占地3万平方,拥有万级、千级以及百级的无尘车间,并配备有先进的生产设备以及专业的技术人员。

DANXI氮矽 科技

成都氮矽 科技 有限公司是一家专注于第三代半导体氮化镓功率器件与IC研发的 科技 型公司,专注于氮化镓功率器件及其驱动芯片的设计研发、销售及方案提供,公司两位创始人均拥有超过5年的氮化镓领域相关研发经验。

氮矽 科技 于2020年3月发布国内首款氮化镓超高速驱动器DX1001,同年4月推出国内多款量产级别的650V氮化镓功率芯片DX6515/6510/6508,搭配该公司的驱动芯片,进军PD快充行业。

值得一提的是,氮矽 科技 还推出了业内最小尺寸、最强散热能力的650V/160mΩ氮化镓晶体管,引领氮化镓产业革命。基于现有的氮化镓功率器件,氮矽 科技 推出4套国产GaN快充参考设计,丰富快充电源工程师的产品选型需求。

DONGKE东科

安徽省东科半导体有限公司于2009年成立,总部位于安徽省马鞍山市,主要从事开关电源芯片、同步整流芯片、BUCK电路电源芯片等产品研发、生产和销售;并成立深圳及无锡全资子公司和印度公司,负责全球市场销售及技术支持。

东科半导体在北京、青岛、无锡、深圳多地成立研发中心,多名海归博士主持研发 探索 ,在安徽马鞍山拥有2万平方米的封装车间和品质实验室,拥有DIP-8/SOP-8/SM-7/SM-10/TO-220等多种产品封装能力;在东科半导体总部成立的马鞍山集成电路国家实验室,具备对芯片进行开封、失效分析、中测、划片、高低温测试等多种分析能力,为公司产品品质和供货提供可靠保障。

针对快充领域的应用,东科半导体推出了业界首颗合封氮化镓功率器件的电源芯片,成为了国产氮化镓快充发展史上的里程碑。

GaN system氮化镓系统公司

GaN Systems于2008年成立于加拿大首都渥太华,创始人是前北电的资深功率半导体专家。公司专注于增强型氮化镓功率器件的开发,提供高性能、高可靠性的增强型硅基GaN HEMT功率器件。

GaN Systems拥有专利的GaN芯片设计,GaNPx 芯片级封装技术和市场上最全的650V和 100V产品系列,涵盖了从小功率消费电子到几十kW以上工业级电源应用。

GaN Systems采用无晶圆厂模式,与世界级代工厂和供应链合作。产品自2014年开始量产以来,在全球范围服务超过2000家客户。在中日韩和北美及欧洲设有销售分公司和应用支持。据了解,目前GaN Systems的氮化镓功率芯片已经进入飞利浦快充供应链。

GaNext镓未来

珠海镓未来 科技 有限公司成立于2020年10月,公司致力于第三代半导体GaN-on-Si器件技术创新和领先。通过高起点、强队伍等,实现GaN技术的国产化,推动GaN器件的技术的*,并且通过电源系统的创新设计,实现能源的绿色、高效利用。

公司创始团队由3位资深GaN-on-Si技术/产业专家构成,以深港微电子学院于洪宇教授和美国知名氮化镓公司研发VP领衔,前华为GaN产业共同创始人加盟,构建了完整的技术、制造、市场的铁三角,厚积薄发。通过成熟领先的产品,推动GaN技术国产化,依托中国巨大电源应用市场和国家第三代半导体产业政策的支持,向氮化镓产业顶峰进军,助力国家第三代半导体产业目标的突破。

GaNPower量芯微

苏州量芯微半导体有限公司是加拿大GaNPower International Inc.在中国注册成立的公司。GaNPower于2015年在加拿大成立,总部位于加拿大温哥华市。GaNPower是全球氮化镓功率器件行业的知名公司,目前产品主要为涵盖不同电流等级及封装形式的增强型氮化镓功率器件及氮化镓基电力电子先进应用解决方案。

苏州量芯微半导体公于2019年荣获苏州工业园区第十三届金鸡湖 科技 领军人才称号;《氮化镓功率器件及相关产业化应用》被列为政府重点扶持项目。公司的氮化镓功率器件产品荣获行业权威大奖:2020年ASPENCORE中国IC设计成就奖之年度功率器件奖。公司目前拥有40项美国和中国的专利及申请。

据悉,量芯微半导体已经推出650V氮化镓功率器件,适用于45W-300W快充。

Innoscience英诺赛科

英诺赛科 科技 有限公司成立于2015年12月,国家级高新技术企业,致力于研发和生产8英寸硅基氮化镓功率器件与射频器件;英诺赛科是全球最大的氮化镓功率器件IDM 企业之一, 拥有氮化镓领域经验最丰富的团队、先进的8英寸机台设备、加上系统的研发品控分析能力,造就英诺赛科氮化镓产品一流品质和性能的市场竞争优势。

自从2017年建立全球首条8英寸增强型硅基氮化镓功率器件量产线以来, 目前英诺赛科已经发布和销售多款650V以下的氮化镓功率器件,产品的各项性能指标均达到国际先进水平,能广泛应用于多个新兴领域, 如快充、5G 通信、人工智能、自动驾驶、数据中心等等。

目前,英诺赛科已经建成了全球最大的氮化镓工厂,在USB PD氮化镓快充市场,英诺赛科650V高压氮化镓功率器件已经在努比亚、魅族、MOMAX、ROCK等众多知名品牌产品中得到应用,并在近期推出第二代InnoGaN产品,性能较上一代有显著提升。

此外,英诺赛科还推出了多款低压GaN功率器件,适用于同步整流、DC-DC电压转换以及激光雷达等领域。在全球市场中,英诺赛科是少有具备氮化镓高压、低压全品类产品线的IDM芯片原厂。

infineon英飞凌

英飞凌 科技 股份公司是全球领先的半导体 科技 公司,我们让人们的生活更加便利、安全和环保。英飞凌的微电子产品和解决方案将带您通往美好的未来。2020财年(截止9月30日),公司的销售额达85亿欧元,在全球范围内拥有约46,700名员工。2020年4月,英飞凌正式完成了对赛普拉斯半导体公司的收购,成功跻身全球十大半导体制造商之一。

英飞凌电源与传感系统事业部提供应用广泛的电源、连接、射频(RF)及传感技术,让充电设备、电动工具、照明系统在变得更小、更轻便的同时,还能提升能效。新一代的硅基/宽禁带半导体解决方案(碳化硅/氮化镓)将为5G、大数据及可再生能源应用,带来前所未有的突出性能和可靠性。

高精度XENSIV 传感器解决方案为物联网设备赋予了人类的感官功能,让这些设备能够感知周遭的环境,并做出“本能”反应。音频放大器产品扩充了电源与传感系统事业部的产品线,让智能音箱及其它音频应用设备能够提供卓越的音质体验。

Navitas纳微

纳微半导体是全球领先氮化镓功率IC公司,成立于2014年,总部位于爱尔兰,拥有一支强大且不断壮大的功率半导体行业专家团队,在材料、器件、应用、系统、设计和市场营销方面,拥有行业领先的丰富经验,公司创始者拥有320多项专利。

GaNFast功率IC将GaN功率(FET)与驱动,控制和保护集成在一起,可为移动、消费电子、企业、电动交通和新能源市场提供更快的充电,更高的功率密度和更强大的节能效果。纳微在GaN器件、芯片设计、封装、应用和系统的所有方面已发布和正在申请的专利超过120项,已完成生产并成功交付了超过1300万颗GaNFast氮化镓功率IC,产品质量和出货量全球领先。

近期,纳微半导体也推出了最新一代氮化镓功率芯片NV6128,内置驱动和保护功能,适用于大功率快充产品。凭借优异的产品性能,纳微半导体已经成为小米、OPPO、联想、戴尔、LG等众多知名品牌的氮化镓芯片供应商,基于GaNFast芯片开发的产品多达百余款。

PI

Power Integrations 是一家专注于高压电源管理及控制领域的高性能电子元器件及电源方案的供应商,总部位于美国硅谷。

PI所推出的集成电路和二极管为包括移动设备、家电、智能电表、LED灯以及工业应用的众多电子产品设计出小巧紧凑的高能效AC-DC电源。SCALE 门极驱动器可提高大功率应用的效率、可靠性和成本效益,其应用领域包括工业电机、太阳能和风能系统、电动 汽车 和高压直流输电等。

自1998年问世以来,Power Integrations的EcoSmart 节能技术已节省了数十亿美元的能耗,避免了数以百万吨的碳排放。由于产品对环境保护的作用,Power Integrations的股票已被归入到由Cleantech Group LLC及Clean Edge赞助的环保技术股票指数下。

充电头网拆解了解到,PI的氮化镓芯片已被小米、OPPO、ANKER、绿联、belkin等多个品牌的快充产品采用。此外,PI还推出了全新的MinE-CAP IC,用于快充充电器时,体积可缩小40%。

ST意法半导体

意法半导体(STMicroelectronicsST)是全球领先的半导体公司,提供与日常生活息息相关的智能的、高能效的产品及解决方案。意法半导体的产品无处不在,致力于与客户共同努力实现智能驾驶、智能工厂、智慧城市和智能家居,以及下一代移动和物联网产品。享受 科技 、享受生活,意法半导体主张 科技 引领智能生活(life.augmented)的理念。意法半导体2018年净收入96.6亿美元,在全球拥有10万余客户。

目前,ST意法半导体推出了一款GaN半桥器件,内置驱动器和两颗氮化镓,并基于该芯片推出了一套推出65W氮化镓快充参考设计。

Texas Instruments德州仪器

德州仪器 (Texas Instruments)是全球领先的半导体公司,致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片。数十年来,TI一直在不断取得进展,推出的80000多种产品可帮助约100000名客户高效地管理电源、准确地感应和传输数据并在其设计中提供核心控制或处理,从而打入工业、 汽车 、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。

2020年11月10日,德州仪器推出了650V和600V两款氮化镓功率器件,进一步丰富拓展了其高压电源管理产品线。与现有解决方案相比,新的GaN FET系列采用快速切换的2.2 MHz集成栅极驱动器,可帮助工程师提供两倍的功率密度和高达99%的效率,并将电源磁性器件的尺寸减少59%。

Transphorm

Transphorm公司致力于设计、制造和销售用于高压电源转换应用的高性能、高可靠性的氮化镓(GaN)半导体功率器件。Transphorm持有数量极为庞大的知识产权组合,在全球已获准和等待审批的专利超过1000多项 ,是业界率先生产经JEDEC和AEC-Q101认证的GaN FET的IDM企业之一。

得益于垂直整合的业务模式,Transphorm公司能够在产品和技术开发的每一个阶段进行创新——包括设计、制造、器件和应用支持。充电头网拆解了解到,此前ROMOSS推出的一款65W氮化镓充电器内置的正式Transphorm公司的GaN器件。

XINGUAN芯冠 科技

大连芯冠 科技 有限公司是全球领先的第三代半导体氮化镓外延及器件制造商,致力于硅基氮化镓外延与功率器件的研发、设计、生产和推广,拥有先进的外延材料与功率器件生产线,提供650V全规格的功率器件产品,电源功率的应用覆盖几十瓦到几千瓦范围。广泛应用于消费类电子(快充、大功率适配器等)、工业电子与 汽车 电子等领域。

芯冠氮化镓功率器件的特点是兼容标准MOS驱动,应用设计简单;抗击穿电压高达1500V以上,使用安心。

充电头网总结

从三年前GaN技术开始在消费类电源领域商用,到如今市售GaN快充已经多达数百款,市场发展速度可谓是突飞猛进。这一方面是借助各大手机、笔电厂商陆续入局的产生的品牌影效应,另一方面也离不开氮化镓快充生态的日趋完善。

就充电头网本次不完全统计,已经布局快充市场的氮化镓芯片供应商已经多达16家,方案多达数百款;并且涵盖了多样化的封装方式,完全可以满足当前快充电源市场对核心器件的选型需求。

相信随着国家十四五规划对氮化镓产业的大力扶持,入局氮化镓功率芯片的厂商数量将越来越多。不仅产品类型将会的得到进一步完善,更重要的是当氮化镓产业呈现规模化发展后,电源厂商开发氮化镓快充的成本将会得到优化;而氮化镓功率芯片也将成为越来越多高性能快充电源产品的首选。


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