半導體行業觀察 - 化合物半導體製造格局生變－鑽石舞台

本周，安森美簽署了一份協議，剝離其在美國緬因州南波特蘭的工廠，出售給DiodesIncorporated。Diodes計劃擴大其8英寸晶圓廠產能，以支持其模擬芯片的生產。

今年2月初，安森美還完成了將位於比利時Oudenaarde的晶圓廠出售給BelGaN Group BV的交易，這是一個由投資者和高管組成的財團，BelGaN計劃成為比利時6英寸和8英寸氮化鎵(GaN)代工廠。

安森美這一系列動作的目的，是為了執行其fab-liter製造戰略，將生產轉移到該公司全球製造網絡內更高效的晶圓廠，安森美可通過消除與已出售晶圓廠相關的固定成本和降低公司的製造單位成本來改善成本結構，最終目標是通過擴大毛利率實現可持續的財務業績。

最近這些年，在全球範圍內，一直在執行該策略的廠商不止安森美一家，特別是在設計、製造模擬芯片的IDM廠商當中，這種趨勢特別明顯，除了安森美，典型代表就是德州儀器（TI）和ADI，它們都在逐步淘汰較為落後的產能，將更多的資源和精力投入到更具成本效率的新晶圓廠（多為12英寸，也有部分8英寸的）。

以上被出售的晶圓廠大多較為古老，雖然在生產12英寸硅基芯片方面不具備成本優勢，但其用於生產化合物半導體（多為4英寸和6英寸晶圓），還是不錯的選擇。因此，我們看到，無論是安森美，還是TI、ADI，出售的晶圓廠當中，有相當一部分被買家用於生產化合物半導體芯片，而且，這些買家當中，還有相當一部分是代工廠。

化合物半導體芯片製造本來是以IDM為主的，代工廠所占市場份額較小，但隨着化合物半導體在射頻和功率半導體應用當中的重要性愈加凸出，再加上射頻和功率半導體芯片供不應求的市場狀態，代工廠在化合物半導體芯片市場的地位正在提升，也越來越受到關注。

化合物半導體誰是老大？

所謂化合物半導體，是區分於以硅為代表的第一代半導體材料，而化合物半導體又可以分為第二代和第三代半導體，其中，第二代半導體材料是砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP），第三代半導體是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）。

近些年，SiC和GaN市場火熱，關注度極高。憑藉先天優勢，SiC和GaN確實有良好的發展前景，特別是在高功率應用方面，會是將來的主流。不過，就整個化合物半導體應用市場而言，無論是當下，還是可預見的未來，以GaAs為代表的第二代化合物半導體仍是市場的主導力量，SiC和GaN的總體市占率依然是一小部分。

之所以這麼說，首先得從GaAs 和InP的應用談起。

與硅相比，GaAs最大的優勢在於工作溫度高（最高可以到攝氏350度左右）、耐熱、抗輻射、發光效率也很高，基於這樣的特性，GaAs主要用於三個領域：射頻（RF），約占47%，發光二極管（LED ），約占42%、激光二極管（LD），約占10%。

5G時代，GaAs仍將主導智能手機PA（射頻功率放大器）市場。據Yole Development統計，2019年RF市場就占據了整體GaAs半導體市場總量的33%，並貢獻了37%的產值，而隨着5G手機越來越普及，手機中的PA數量和單價，都比4G時代大幅增長。

據Yole Development統計，2019年，RF占GaAs 晶圓市場總量的33%和市場價值的37%，占GaAs外延片市場的 67%。5G 時代 sub6GHz 頻段中，GaAs HBT 仍是 PA 的最重要的技術；5G 新增毫米波頻段，GaAs pHEMT 則為重要的技術路線。總之，手機PA的這塊大蛋糕在未來還是GaAs的天下。

未來，VCSEL（垂直共振腔面射型激光，Vertical Cavity Surface Emitting Laser）具有很大的發展空間，當下，其在蘋果手機中的應用就很成功，主要用於人臉辨識。VCSEL具有較小的原場發散角、調製頻率高且易於實現大規模陣列及光電集成等優點，廣泛應用於光通信、3D傳感、面部識別、車載激光雷達等場景，且短期內不易被其他技術取代。隨着手機3D面部感應滲透率提高，以及大容量光纖通信激光器的需求拉動，全球VCSEL的市場規模將從2020年的11億美元，增長至2025年的27億美元。因此，以VCSEL為代表的光電子領域將成為GaAs市場主要的成長動力。

總體規模方面，據集邦諮詢統計，2020年全球 GaAs 射頻器件市場規模為 65.80 億美元，前瞻產業研究院預計，2019-2024 年，中國GaAs 元器件市場 CAGR 在 15%左右，增速高於全球市場同期增速，中國市場規模占全球比重將進一步提升。到 2024 年，中國 GaAs 元器件市場規模將達到551.3 億元。

InP的最大優勢在於擁有比GaAs更高的功率密度，這個化合物特性使得InP在5G毫米波頻段、B5G（Beyond 5G ）次太赫茲（THz）頻段運用效果更勝GaAs，也是市場上普遍認同有潛力成為未來功率放大器的熱門技術選項。

總之，從當下和未來化合物半導體市場總量來看，GaAs和InP依然占據絕大部分，而SiC和GaN則會在高功率應用領域逐步擴大占有率。

化合物半導體代工蒸蒸日上

化合物半導體行業整體規模較小，非標準化程度高，因此由IDM主導。一直以來，GaAs射頻器件市場主要由IDM廠Skyworks、Qorvo、博通等占據，市場份額合計約為70%。近些年，而這些IDM大廠的擴產步伐趨于謹慎，選擇將毛利率較低的4G產品外包給相關專業代工廠，將更多資源用於高毛利產品，而在近兩年全球缺芯的大背景下，由於產能滿載，這些大IDM也在將越來越多的5G訂單外包出去。這就為化合物半導體代工廠商創造了更多機會。

GaAs代工市場規模約占全球GaAs器件市場的10%，其中，穩懋、環宇和宏捷科就占據着約90%的市場份額，而龍頭企業穩懋市占率超過70%。截至2020年三季度，穩懋月產能達到 4.1萬片。

在GaAs產業中，隨着產業逐漸走向成熟，以及市場規模增大，代工廠在市場中的占比在逐漸提高，特別是2013-2019年，GaAs器件代工比例逐漸提升，從2014年的7.5%，提升至2019年的10.3%。

近些年，針對快速長的代工需求，GaAs代工廠都在大舉擴產。2021年，穩懋、宏捷科、全新等代工廠全面啟動擴產計劃，新產能將在2022、2023年陸續開出。

穩懋正規劃全台南北大擴產，除南科廠按進度蓋新廠，預計三年後產能三級跳外，北區龜山C廠新產能將在2022下半年開出。目前，穩懋月產能約4.1萬片，龜山C廠將擴產一成，約當每月產能新增3000至5000片，新產能開出後，穩懋月產能將從4.1萬擴大為4.4萬至4.6萬片。穩懋還投資了南科新廠，產能是北部廠區數倍以上，南科新廠投產後，預計穩懋全台產能將從4.6萬大幅度擴增至14萬至15萬片。

宏捷科在2021年底的月產能達到2萬片，整體產能年增六成以上，2022年會持續擴產，每月產能上看2.5萬片。目前，宏捷科產品以WiFi 6、物聯網及4G╱5G PA為主。

就產品來看，Wi-Fi PA是除手機PA以外的第二大增長點。今年5G滲透率會加大，WiFi 6會變成主角，WiFi 6E也有機會慢慢成為主流，而WiFi 7對應技術，以穩懋為代表的各大化合物半導體代工廠也在發展。此外，VCSEL在3D感測手機中應用愈加廣泛，預計NB也要加入，而車用內部傳感產品、駕駛及乘客監控系統、車用LiDAR需求也很我旺盛。這樣，從砷化鎵到磷化銦，化合物半導體代工廠發展前景廣闊。

中國大陸機會增多

隨着全球射頻器件、光電子等高端GaAs市場向中國大陸轉移，預計到2023年，國內GaAs元器件市場規模將增長至628億元，襯底材料市場規模增長至24.6億。隨着國內GaAs行業的快速發展，預計擁有技術優勢，能夠生產高端產品的公司業績將快速增長。

本土GaAs代工業處於成長期，當下，在較為惡劣的國際半導體貿易環境下，供應鏈不確定性正在逐步加大，這就給中國大陸GaAs代工廠帶來了更多發展機會，以前，本土的多家化合物半導體芯片Fabless多會找台灣地區的廠商代工生產，目前則將越來越多的訂單轉給了大陸地區的代工廠，在這一過程中，最為受益的是三安集成和威海華芯。

結語

隨着技術的成熟，應用需求的發展，以及產業鏈的轉移，以GaAs為代表的化合物半導體製造業正在發生變化，代工生產的規模和地位正在提升。這也從一個側面體現出全球晶圓代工業整體向好的發展趨勢。

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點讚同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。

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