智芯研報 | 成立“GaN半導體集成電路”國家級課題組，韓國第三代半導體破局之路！

第三代半導體聯合創新孵化中心

2021年5月20日 11:25

就在幾天前（5月3日），韓國宣布啟動“X-band GaN半導體集成電路”國產化課題。韓國無線通信設備半導體企業RFHIC（艾爾福）被選定為課題牽頭企業，SK Siltron將參與SiC基板/GaN樹脂的制作，LIG nex1負責系統的驗證，韓國電子通信研究院(ETRI)的半導體工廠將被用來進行GaN MMIC的制作。

而在早前4月1日，韓國政府曾召開會議，發表了“下一代功率半導體技術開發及產能擴充方案”，宣布將正式培育下一代功率半導體技術，到2025年開發5種以上的商業化產品，并在國內建設6~8英寸代工廠。

邏輯存儲領域的半導體巨頭韓國，近年來在第三代半導體方面動作頻頻。

政策方面

2000年

韓國制訂了GaN開發計劃，政府在2004~2008年投入4.72億美元，企業投入7.36億美元以支持韓國進行光電子產業發展，使韓國成為亞洲最大的光電子器件生產國。

2009年

韓國發布《綠色成長國家戰略》，全力發展環保節能產業，并致力于使得該產業成為韓國經濟增長的主要動力之一。其中在金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）機臺自制計劃中，2010~2012年間投入約4500萬美金以推動MOCVD機臺實現國產化、引進制程自動化系統并開發高速封裝、監測設備。

2016年

韓國圍繞Si基GaN和SiC器件啟動功率電子國家項目，同時重點圍繞高純SiC粉末制備、高純SiC多晶陶瓷、高質量SiC單晶生長、高質量SiC外延材料生長4個方向，開展了國家研發項目。

2017年

韓國產業通商資源部（MOTIE）舉辦研討會，為了強化系統半導體的競爭力，產、官、學三界聯手投資4645億韓元（4.15億美元），開發低能源、超輕量和超高速的半導體芯片。這當中1326億韓元用于開發先進超輕量傳感器、837億韓元投入低耗能的SiC功率半導體，47億韓元投資超高速存儲器和系統整合設計技術……

具體方向上，我們以韓國四大財團Samsung、SK、LG和現代集團的第三代半導體布局來看。

Samsung

Samsung內部曾有自身的功率半導體事業部，但后來因為受到專利訴訟、國際貨幣基金組織(IMF)危機等，于1999年出售此部門給美商仙童半導體(Fairchild)，其中包含了功率MOSFET、IGBT等業務。（此后仙童半導體成為全球第二大功率MOSFET供應商，并于2015年被安森美收購。2018年三星和美國仙童的主要技術骨干又重新創辦了Maplesemi美浦森半導體，目前總部位于深圳，工廠位于韓國浦項，主營功率MOSFET和SiC相關產品。）

2000年以后，Samsung以存儲器和邏輯IC為主的半導體業務迎來大爆發，并在2011年宣布重啟功率半導體事業部，設立電力裝置中心(PowerDeviceCenter)，集中研究IGBT技術，以及SiC/GaN等新一代半導體材料。

其中以GaN領域研究成果顯著，尤其是在光電器件方面處于世界領先地位，另外Samsung與美國康寧合資成立三星康寧精密材料（SCPM）進軍GaN材料，于2011年完成了4英寸高品質GaN基板研發。

近幾年，Samsung為加快系統半導體生態系統建設，以旗下兩檔投資基金主導（Samsung Next Fund + Catalyst Fund），已經開始著手投資中小型系統半導體初創公司，其中不乏第三代半導體相關企業。

其中一家IVworks于2019年已獲得了80億韓元的B輪融資。IVworks是韓國第一家開發8英寸GaN-on-Si外延片和4英寸GaN-on-SiC外延片的晶圓代工廠。

與美國IntelliEPI（英特磊）通力合作，結合IVWorks的先進MBE GaN長晶和AI技術，以及英特磊的大規模MBE外延生產和硬設備自主經驗與能力，共同開發MBE制造的GaN外延產品，應用于RF和電力器件市場。

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△ Source：IVworks官網

另一家公司iBeam，其將GaN FET與Micro LED發射器并排集成來創建顯示器的新型技術，亦吸引到Samsung投資。

SK集團的半導體事業部中最為人熟知是存儲大廠SK Hynix （海力士），另外還有Si晶圓領先供應商SK Siltron和半導體材料及零部件廠商SKC。

其中SK Siltron除了供應Si晶圓以外，近來也開始涉足SiC。“在Si晶圓領域要追上日本恐怕很難，因此將在次世代技術上進行挑戰”，SK Siltron在2019年以4.5億美元收購了美國化學大廠杜邦 (DuPont) 的SiC晶圓業務。今年2月，有消息稱SK Siltron已開始生產少量的SiC芯片，意向功率半導體業務擴展。

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△Source：SK Siltron官網

投資方面，今年1月SK集團的投資控股公司SK Holdings宣布以268億韓元收購韓國唯一SiC功率半導體制造商Yes Power Technix的33.6％股份。Yes Power Technix成立于2017年，專注于研發SiC功率器件，其4英寸和6英寸的SiC晶圓產能約為14000片/年。知情人士表示，SK海力士可能和Yes Power Technix在SiC功率半導體晶圓代工領域進行合作，而SK Siltron則有可能與其在SiC晶圓采購方面進行合作。

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△Source：Yes Power Technix官網

同樣是今年1月，據韓國科技媒體ETNews報道，LG集團旗下子公司Silicon Works宣布擴大其半導體業務，重點押注SiC PMIC以及MCU。Silicon Works之前以其驅動IC產品被業界所熟知，此前LG Display向蘋果供應的OLED DDIC便是由Silicon Works獨家供應。

另外，LG集團年前曾表示，計劃剝離部分子公司，其中就包括Silicon Works。而其即使從LG集團分拆出來，也將繼續與LG電子的主要業務進行密切合作。

此次Silicon Works大舉切入SiC芯片領域，不僅透露了其對從LG集團分拆后的發展規劃，更是從側面印證了SiC在汽車領域的重大戰略性意義。

現代

自從2016年Tesla Model 3中率先采用了以SiC MOSFET為功率模塊的逆變器之后，截至當前，全球已有超過20家汽車廠商在車載充電系統中使用SiC功率器件。未來幾年，幾乎所有汽車整車廠商都將在主逆變器中使用SiC，特別是中國廠商。

SiC市場的火爆引發了大量半導體廠商的涌進，而汽車整車廠商卻早已有所積累，其中包括豐田、福特、大眾等一線汽車整車廠均已研究SiC器件多年。

韓國現代汽車亦是如此，去年5月其旗下半導體子公司現代奧創(Hyundai Autron)與現代汽車成立了一個實驗室，共同開發SiC功率器件。而且其最新的E-GMP純電動汽車平臺中便采用了SiC技術。

另外，今年2月有消息稱，蘋果將向現代子公司起亞汽車投資4萬億韓元（約36億美元）合作開發蘋果汽車。初步方案為采用現代汽車E-GMP平臺打造，零部件供應商來自現代旗下零部件商現代摩比斯，生產放在美國。

最后，借此來簡要談談全球汽車缺芯情況。

現狀

當下大多數汽車整車廠商因芯片不足已經或即將面臨停產情況，而車用芯片中缺貨最嚴重的的當屬MCU芯片，涉及功能包括車身動力、車身控制、發動機控制單元、輔助駕駛等，相當于汽車的大腦。

在一輛汽車所裝備的所有半導體器件中，MCU大概占三成，目前全球車規級MCU供應商主要集中在瑞薩、意法、恩智浦、德州儀器等。

此外功率半導體和傳感器等產品供應也較緊張。

原因

缺芯根本原因：

①絕大多數汽車整車廠商將半導體業務外包，與晶圓廠深度綁定，其中臺積電承擔了全球約70%的MCU產量，但僅占臺積電銷售額的5%。而這次全球COVID-19大爆發導致晶圓廠MCU產能投放占比降低，汽車零部件工廠部分MCU庫存耗光。

②與此同時，全球汽車產業特別是新能源汽車市場逆勢上揚，遠超需求預期，原廠IC供應嚴重不足，從而導致全球汽車供應鏈面臨缺貨危機。

③此外，汽車MCU芯片普遍使用工藝成熟的8英寸晶圓，但8英寸產線近十年鮮有增加，原有產線得不到更新，更為先進的12英寸晶圓產線也并沒有得到汽車行業的大力支持。

這里要特別提到的是豐田，與其他整車廠不同，豐田是全球唯一一家有能力應對芯片短缺的汽車整車商。主要源于三個原因：①供應鏈控制極其穩定②精益的庫存方案③自研核心MCU芯片。

其在1989年便開設半導體工廠用于設計和制造MCU芯片，直到2019年將其芯片制造工廠轉讓給日本電裝，以整合供應商業務（電裝廣義上講也是豐田集團的一部分）。

豐田對半導體設計和制造工藝的深入了解，是它成功避免受到缺芯沖擊的主要原因。

短期情況

汽車供應鏈與3C供應鏈互相爭搶半導體晶圓代工產能，若3C供應鏈不斷接受漲價、接受付預付款，甚至也提議分攤部分晶圓廠擴產支出或是出現其他爭搶措施，汽車產業鏈將雪上加霜。另一方面，2021年汽車銷售量穩步成長，其中汽車電子化過程中，電動車半導體價值量約高出傳統燃油車一倍，而中國是全球最大的汽車市場，對于短缺情況反應最為敏感，因此價格市場會一度陷入混亂。但關鍵點仍然在于COVID-19的延續性，一旦疫情反轉，情況可能會迅速改變。

韓國政府對第三代半導體的發展越來越重視，僅是這三年便實施了多項舉措，特別是在汽車半導體、5G領域。最近更是傳出三星有意收購一家汽車半導體大廠，目標可能包括恩智浦，德州儀器，微芯和亞德諾等公司。在全球第三代半導體的爭奪戰中，韓國正在向歐美日巨頭發起沖擊。

| 來源：化合物半導體市場

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