化合物半導體代工風雲再起_風聞

隨着各種高頻和高功率應用需求的提升，化合物半導體的市場規模不斷擴大，相應芯片的設計和製造業務受到越來越多從業者和資本的關注，發展前景一片大好。

化合物半導體主要是指第二代和第三代半導體材料及工藝，其中，第二代以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表，它們相對於第一代半導體材料（以硅為主），具有電子遷移率高，光電轉換效率高的優點，非常適合用於製造光電和射頻器件。手機的普及帶動了GaAs功率放大器(PA)的穩定增長，迎來了第二代半導體材料的成熟期，無論是當下，還是未來，GaAs都是射頻器件，特別是手機等移動設備用PA的主要半導體材料。

第三代化合物半導體則是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體，具有可見光波段的發光特性及高擊穿場強、大功率特性、抗高温、抗高輻射的優點，可應用於光電器件、微波通信和大功率器件。

因此，總體來講，化合物半導體材料主要是指GaAs、SiC 和GaN這三種，其中，GaAs佔據着主要市場份額（100億美元左右）；GaN則更適合大功率、高頻應用，是處於生長期的技術，目前市場規模相對較小，但很具發展前景；而SiC的高功率特性，使其在汽車及工業電力電子領域具有明顯的優勢。

GaAs的黃金時代隨着5G建設大規模進行，GaAs器件市場需求愈加旺盛。據Technavio統計，2018年全球GaAs晶圓市場規模達到9.4億美元，2019年約為10.49億美元，預計2021年該市場將達到12.69億美元的規模。

如下圖所示，在射頻器件領域，目前 LDMOS、GaAs、GaN三者佔比相差不大，但據Yole development預測，到2025年，GaAs市場份額基本維持不變，GaN有望替代大部分LDMOS份額，佔據射頻器件市場50%左右的份額。

可見，無論是現在還是將來，GaAs都是市場的主力，處於黃金時代。

代工業務比重穩步提升在製造和代工層面，目前，以當下主流的GaAs為例，龍頭企業仍以IDM模式為主，廠商包括美國的Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago以及Cree，還有德國的Infineon。Avago和Skyworks除芯片設計業務外，也有自己的工廠，當自身產能不足時，會將部分訂單交給中國台灣代工廠，Avago的代工廠商是穩懋，Skyworks的代工廠商是宏捷科技，Qorvo的產能充足，主要自產，而且還會向外提供代工服務。

與此同時，化合物半導體產業的代工模式也在不斷加強，相對於IDM，代工比例持續提升。去年，Avago將其位於科羅拉多的工廠出售給了GaAs代工龍頭企業——中國台灣地區的穩懋（WIN），Avago以1.85億美元入股穩懋，成為穩懋第三大股東，未來Avago的HBT生產線產品將全部由穩懋代工。目前，穩懋的主要客户為Avago、Murata、Skyworks、紫光展鋭和Anadgics等。

代工業務的發展，在很大程度上是因為GaAs技術和市場已經發展到了非常成熟的階段，特別是其襯底和器件技術不斷實現標準化，產品多樣化，相應的設計企業增加，使得代工的業務需求不斷增加。這與邏輯器件代工業的發展軌跡類似。

目前，全球GaAs晶圓代工主要聚集在中國台灣地區和美國，穩懋、GCS（環宇）和宏捷科技（AWSC）佔據着全球90%的市場份額，它們的主要客户是Avago、Skyworks等IDM大廠，這也從一個側面説明了IDM產能外包成為了一種趨勢，化合物半導體代工市場正在快速成長。

圖：全球GaAs 晶圓代工市場份額（來源：strategy analytics）

由於化合物半導體在結構、成分、缺陷等方面難於硅晶圓製造，目前，全球能提供高水平代工的企業並不多，僅穩懋、宏捷科技，以及GCS，Qorvo等少數企業能提供較大規模的代工服務。

今年，5G開始進入量產階段，相應的高性能射頻和功率器件訂單明顯增加，訂單的超預期使得行業龍頭穩懋產能吃緊。據Strategy Analytics統計，在全球GaAs晶圓代工領域，穩懋 以71%的市佔率獨佔鰲頭。而隨着2020年5G的大規模應用，該市場的需求量還將進一步提升，而龍頭廠商產能進入滿載週期，給我國大陸化合物半導體生產廠商帶來了商機，在國內的GaAs代工領域，玩家總體數量不多，能提供高水平代工業務的更是鳳毛麟角，主要有三安光電、海特高新等少數企業，其中，三安光電作為國產化合物半導體領域的龍頭企業，已經建成國內首條6英寸GaAs、GaN外延芯片產線並投入量產。

而在製程工藝方面，化合物半導體與存儲器和邏輯器件有很大區別，並不追求很先進的工藝節點，基本不需要60nm以下的製程工藝。這主要是因為化合物半導體面向射頻、高電壓、大功率、光電子等應用領域，無需先進製程。

目前，GaAs和GaN器件以0.13μm、0.18μm以上製程工藝為主，Qorvo正在進行90nm工藝研發。此外，由於受GaAs和SiC襯底尺寸限制，目前的生產線以4英寸和6英寸晶圓為主。

台灣雙雄前文提到，全球化合物半導體代工業務主要被中國台灣地區的穩懋、宏捷科技，以及美國GCS這三家代工廠把持着。特別是穩懋，在當下這個射頻和功率半導體百花齊放的時期，該公司的業務受到了越來越多的關注。

圖：穩懋2019年近幾個月的營收情況（以新台幣結算）

9月16日，穩懋總經理陳國樺表示，該公司目前產能已滿載，預計第4季度將會增加機台用以擴產，明年將新增5000片產能，總產能將自3.6萬片擴增至4.1萬片，擴產幅度達到14%。

穩懋在化合物半導體業的地位有點兒像台積電在邏輯芯片代工業的地位，技術先進且不差錢。該公司老闆陳進財曾經表示，他是在用十年磨一劍的心思經營穩懋，以後將繼續加大研發投入，擴大在化合物半導體業的領導地位。

技術層面，穩懋技術屬於自有，自主性強，除了與Avago擁有穩定的合作關係外，客户分佈狀況比較平均，抽單風險較為分散。

宏捷科技（AWSC）是穩懋的主要競爭對手。過去，其營收主要來自為IDM廠（如Skyworks）做射頻元件代工，但隨着時間演進，IDM廠已逐漸擴充其產能，因此，本來外包給宏捷科技代工的產能已逐漸收回並自行生產，導致宏捷科技在2016～2017年營收出現明顯下滑。另外，宏捷科技的技術主要來自於Skyworks的授權，這使得宏捷科技的營收在2014~2015年因為蘋果iPhone手機熱賣而大幅增長，而之後增長率又迅速回落。

為了解決以上問題，近兩年，該公司將營收重心轉向了智能手機的VCSEL及PA等代工訂單，成功帶動了營收增長，2018年，其營收年增10.6%。

此外，隨着中國半導體國產化步伐的加快，宏捷科技正在積極爭取以華為海思、小米為代表的大陸客户訂單。正是抓住了這一產業機遇，該公司月產能1萬片的舊廠，目前產能滿載，新廠於6月開工，預計明年3～4月完工，預計月產能2.2萬片，到時候，合計兩座廠的總產能將達到3.2萬片。

除了台灣雙雄以外，GCS（環宇）的GaAs代工市佔率位居全球第三，僅低於穩懋和宏捷科技。GCS擁有2英寸、3英寸和4英寸的GaAs、InP、GaN和SiC晶圓產能，其中以4英寸產能為主，提供包括磷化銦鎵（InGaP）異質介面雙極電晶體（HBT）、磷化銦HBT、PHEMT、HFET、GaN HEMT、THz混頻器二極管與IPD等製程工藝技術。

中國大陸的機會全球化合物半導體制造，特別是代工業務的增長勢頭良好，這也給我國本土企業提供了商機。不過，總體來看，能夠真正提供相關業務的廠商並不多，比較有代表性的是三安集成和海威華芯（海特高新的子公司）。

其中，三安集成是龍頭企業，該公司於2015年3月開啓通訊微電子項目（一期），建設了GaAs和GaN芯片6英寸線各一條。據悉，該公司的GaAs製程包括HBT和pHEMT，HBT主要用於手機、Wi-Fi等，pHEMT主要用於衞星通信、雷達等軍事領域，總規劃月產能3.6萬片。

2018年底，三安集成發佈了商業版本的6英寸SiC晶圓製造流程，宣佈完成全部工藝鑑定試驗，並將其加入到代工服務組合中。目前，該公司生產的SiC晶圓，主要用於電力電子，可以為650V、1200V和更高額定肖特基勢壘二極管（SBD）提供器件結構，不久後會推出針對 900V、1200V和更高額定肖特基勢壘二極管的SiC MOSFET。

​結語

化合物半導體的生產製造原本是以IDM業務模式為主，但最近幾年，隨着工藝技術的不斷成熟，市場應用需求的增長，以及越來越多相關設計企業的入場，對晶圓代工的業務需求越來越多，這很像當年邏輯器件代工業的普及過程，發展前景十分廣闊。