誉鸿锦:打造Super IDM产业集群 推动GaN产业快速发展

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随着信息产业和微电子技术的发展,氮化镓(GaN)已经成为信息产业最热门的技术之一,应用范围遍及5G通讯、新能源汽车、工业、消费电子、LED等多个热门领域,从行业发展趋势来看,GaN未来将大有可为。

目前,各大厂商争相加大对GaN产业的布局,这其中也包括国内GaN行业“新星”誉鸿锦。该公司在短短1.5年的时间内,完成了从设备、外延、设计、制造、封测的全流程IDM工厂搭建,研发周期和建线成本较行业减少2/3,从外延到器件制造周期只需7天时间,目前中试线产品已达到1.5万片/月,且良率高达85%。

誉鸿锦2023年度GaN功率电子器件及招商发布会现场

对于公司高效率发展,誉鸿锦董事长闫怀宝在“氮化镓(GaN)器件品牌发布会,暨誉鸿锦2023年度GaN功率电子器件及招商发布会”上自信地表示:“这在整个业界是基本上不可被复制的”。而成功背后,与公司的核心团队建设,以及协同创新的产业战略密切相关。

剖析GaN器件渗透率低原因

从半导体产业发展来看,目前逻辑半导体受制于摩尔定律,每往前一步都已充满荆棘。誉鸿锦品牌战略官张雷指出,从28nm到14nm,再到7nm、5nm、3nm,其产线建设成本都是巨额的上升。而在逻辑半导体遭遇摩尔定律时,以SiC和GaN为代表的第三代化合物半导体,成为了产业新技术突破的一个路径。

目前,无论是在政府政策、还是企业、市场应用层面,都在积极推动GaN等化合物半导体产业发展。据TrendForce《2023 GaN功率半导体市场分析报告》显示,全球GaN功率元件市场规模将从2022年的1.8亿美金成长到2026年的13.3亿美金,复合增长率高达65%。

伴随着GaN产业的不断发展,终端厂商也不断加大布局,目前已有丰田、宝马等多家汽车厂商入局GaN领域。而特斯拉也于今年3月宣布其下一代EV动力总成系统的SiC组件使用量减少75%,业内预计第三代化合物半导体市场状况将发生变化,GaN被认为会产生后续替代效应。

誉鸿锦董事长闫怀宝

誉鸿锦董事长闫怀宝在接受爱集微采访中指出,特斯拉产品技术策略转变是一个很好的风向标。以特斯拉汽车为例,一台车装置SiC产品,电池组重量约900多公斤,其中散热部分有200公斤,如果转为氮化镓之后,散热部分会大大减少,电池组的重量会急剧下降,会在600公斤左右,大大降低对汽车内耗,提升汽车性能。

不过,由于当前产业效率较低,目前SiC/GaN在整个功率器件行业的渗透率与硅基器件还有巨大的差距,其中GaN甚至还不到1%。张雷指出,“在大家都非常看好的产业机遇的情况下,为什么GaN的发展并没有达到大家预期?而誉鸿锦作为产业中的一员,我们非常希望能够以更快的速度和更大的规模去推广GaN器件在相关领域的应用。”

誉鸿锦品牌战略官张雷

在“如何实现更快、更大规模的GaN应用推广”这个关乎产业效率的问题上,誉鸿锦半导体通过回归产业价值的本质,提出”产业价值=能效提升-替换成本>0“的解题思路,认为高性能是推动应用创新的动力,而低成本则是推动应用普及的基础。目前行业现状是,全球诸多厂商都在积极推进GaN技术应用的普及,其中海外厂商更多的策略重心是高性能器件的应用,国内厂商则更多是通过常规器件的低成本来推广GaN应用。

从材料成本来说GaN器件并不会比硅基器件昂贵。张雷认为GaN渗透率依然低的原因,并不是很多人所认为的GaN器件规模仍然不足,导致成本均摊困难。因为规模是结果而并非原因,本质问题出现在产业效率上,只有把系统效率提升,才能用更低的成本推动器件的大规模应用。

张雷表示,“只有从第一性原理出发,搞清楚GaN半导体的材料原理才能实现正向的研发和工艺,也就是我们俗说的know-how,这样才能把器件研发效率提升,同时还需要掌握设备的优化能力来配合器件的制造需求,把良率提升,生产效率提升,也减少后期分选封测的工作量,再通过对工艺制程的理解来实现核心设备的国产替代和自研,进一步降低产线的成本,并最终通过全流程IDM集成的方式减少过程中的时间成本和经济成本的损耗。最终实现匹敌于硅器件的产业链效率和成本。”

全线布局全力突破显成效

提升GaN器件良率及研发生产效率,关键在于核心技术创新,根本源泉在于人。

为了实现这一目标,誉鸿锦在创立之初就组建了产业奠基人级的技术团队,包括日本氮化镓化合物半导体先驱、诺贝尔物理学奖得奖者(中村修二)导师酒井士郎、中国氮化镓化合物半导体奠基人邵春林博士等,这些专家对GaN行业技术变革和行业发展具有深刻的理解,通过掌握技术know-how大幅提升氮化镓良率,使得整体流片次数更少,制程工艺的成熟度和可靠度更高。

据闫怀宝介绍,“公司团队大部分来自于半导体行业,其中核心成员在行业深耕最短也有二三十年,最长则达到四十年。基于核心团队的MOCVD设备研发经验,短时间内开发出国内先进的MOCVD设备,并具有丰富的设备组装、工艺调试经验。”

“半导体化合物是以材料为优先,而大多数材料以无定形、结晶或多晶状态存在,这就需要考验公司材料处理能力。一是体现在人才方面,二是体现在对设备的理解能力。”闫怀宝表示,原厂能够大批量制造GaN器件,必须要有自己的专属机台,这个机台不是标准型,通过自身的工艺改造,适合公司的能耗设备,才能够生产出一致性好的材料,而我们会通过自主改造设备,从而形成誉鸿锦专有的效应。

中国氮化镓化合物半导体奠基人、誉鸿锦半导体首席科学家邵春林博士

作为誉鸿锦半导体首席科学家,邵春林博士也为现场观众分享自己作为中国最早开展氮化镓技术研发和产业化的历史,参与开发了最早的MOCVD设备,以及参与主导了誉鸿锦半导体的规划与建设和技术创新。同时展示了誉鸿锦目前实现的极低外延翘曲控制、均匀性的GaN层厚度以及精准可控的载流子调控等自主关键技术能力。

邵春林指出,誉鸿锦具备在氮化镓、硅、碳化硅和蓝宝石衬底上外延生长氮化镓材料的技术矩阵,和功率电子、激光与显示、射频全产品能力,体现了公司强大的基于KNOW HOW的正向研发能力,可以根据目标需求,自由选择甚至开拓新的技术路线,并实现快速制样和验证,直至导入量产。

据介绍,誉鸿锦采取了高集成度的IDM模式,通过IDM集成,从外延生长,到流片、封测都可以在誉鸿锦的产业园完成,从外延到器件生产,全流程涉及50多种设备,100多道工序,整个生产周期最快只需7天就可以完成,研发周期相较于同行缩短2/3时间,制造效率大大提高,生产周期大大缩减。

与此同时,誉鸿锦通过与供应商合作自研,以及对国内设备企业的扶持,在花费不足10亿元(仅为同行企业的1/3)情况下,就把产线建成到了中式线的量产状态,且目前量产的标准器件的平均良率可以做到85%以上。“我们6吋片晶圆芯片产出数可以高于其他8吋线,产出更多芯片,最终器件的成本自然就会下降。”张雷表示。

据张雷透露,目前誉鸿锦中试线月产能达到1.5万片,已经是国内实际上的产能第一,正在建设的二期线将会在今年年底封顶。二期线建成投产后,产能将会达到每月25万片,届时可能成为全球最大的氮化镓IDM工厂。

对于公司提升产业效率的革命之路,誉鸿锦总结为“高良率x IDM整合x高研发效率x设备降本x快速应用验证”,希望从产业链全维度来加速氮化镓器件的降本,以及大规模应用普及。

全产业链协作和整合助力做大做强

目前,誉鸿锦正持续加大投入,开发兼顾高性能和低成本的GaN器件,进一推动氮化镓器件的全面普及。

在发布会现场,誉鸿锦正式发布了全功率段的氮化镓器件,包括100V、650V、900-1200V等产品,能应用于多种电力电子领域。“公司GaN器件已经做到1200V,并正在研发1700V、3100V等产品。”闫怀宝表示。

除了GaN HEMT器件外,誉鸿锦正式发布的行业首个氮化镓SBD器件,以及900V蓝宝石基氮化镓晶圆的实物展示引起了行业的重点关注。

闫怀宝表示,“不同于国内其他GaN公司,我们目前还没进行外部融资,公司对每一分钱的用处,每一个设备的考量,每一个项目的立项,每一个终端产品的设计都是通过大量的数据来完成。所以,我们必须要脚踏实地、精打细算地做好产品,不断提升GaN器件良率和一致性,以更少更高的规格实现全场景需求和优势成本覆盖,兼顾高性能和低成本的方式推动GaN器件全面普及。”

与逻辑半导体赛道处于追赶国际厂商不同的是,化合物半导体赛道则有机会跟国际一线厂商站在同一起跑线去竞争。张雷指出,除了产业效率革命,为国内半导体产业自主可控提供更多的支持外。誉鸿锦还积极开展与国内高校、研究所合作,希望为行业培养出更多的优秀人才。

发布会现场,誉鸿锦与行业top的应用型大学“东莞理工”国际微电子学院就共建人才培养和产业共创平台项目签署了战略合作协议,围绕关键技术点协同攻关,解决行业瓶颈、攻克技术难题,加速科研成果的转化和人才培养。同时还与“大族激光”旗下的“大族机器人”签署了氮化镓电机研发与应用的产业合作战略协议。

为进一步推进GaN产业链协同发展,誉鸿锦提出Super IDM产业集群概念,即“Super IDM产业集群 = 上游设备材料+IDM+终端技术应用+零售服务生态链”。 基于该产业集群的深度耦合,实现上游设备自主可控、成本下降,IDM环节极致效率,应用终端快速导入和批量验证,实现推动氮化镓产业快速普及的产业目标。

目前誉鸿锦的Super IDM产业集群已经完成布局,包括前端设备、终端产品等的落地。通过终端产品的落地,能够更快规模化地对器件产品进行可靠性验证和早期的市场开拓。

“誉鸿锦不仅仅是做一个简单的材料和器件制造的整合,我想把我们核心的部件和设备厂商,加上终端应用厂商整合做成一个产业集群,希望这个队伍越来越大,能够以此推动国产化替代,突破外部对国内的技术封锁。”闫怀宝称,除了光刻机之外,誉鸿锦所有的设备均已实现国产化。

闫怀宝表示,“此前,每年GaN的市场规模超过1000亿只,而随着新能源汽车、储能等产业快速发展,现在每年的市场规模预计达到2000~3000亿只,即使誉鸿锦开20个工厂都不足以覆盖这个行业,所以,誉鸿锦希望与友商共同进步,共同发展。希望在化合物半导体这个领域,中国将来能够引领世界产业的潮流和方向。”

责编: 邓文标
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