韩国的第三代半导体破局之路
来源:中国半导体行业协会发布时间:2021-05-08
询问 AI就在几天前（5月3日），韩国宣布启动“X-bandGaN半导体集成电路”国产化课题。韩国无线通信设备半导体企业RFHIC（艾尔福）被选定为课题牵头企业，SKSiltron将参与SiC基板/GaN树脂的制作，LIGnex1负责系统的验证，韩国电子通信研究院(ETRI)的半导体工厂将被用来进行GaNMMIC的制作。
而在早前4月1日，韩国政府曾召开会议，发表了“下一代功率半导体技术开发及产能扩充方案”，宣布将正式培育下一代功率半导体技术，到2025年开发5种以上的商业化产品，并在国内建设6~8英寸代工厂。
逻辑存储领域的半导体巨头韩国，近年来在第三代半导体方面动作频频。
政策方面
2000年
韩国制订了GaN开发计划，政府在2004~2008年投入4.72亿美元，企业投入7.36亿美元以支持韩国进行光电子产业发展，使韩国成为亚洲最大的光电子器件生产国。
2009年
韩国发布《绿色成长国家战略》，全力发展环保节能产业，并致力于使得该产业成为韩国经济增长的主要动力之一。其中在金属有机化学气相沉积（MOCVD）机台自制计划中，2010~2012年间投入约4500万美金以推动MOCVD机台实现国产化、引进制程自动化系统并开发高速封装、监测设备。
2016年
韩国围绕Si基GaN和SiC器件启动功率电子国家项目，同时重点围绕高纯SiC粉末制备、高纯SiC多晶陶瓷、高质量SiC单晶生长、高质量SiC外延材料生长4个方向，开展了国家研发项目。
2017年
韩国产业通商资源部（MOTIE）举办研讨会，为了强化系统半导体的竞争力，产、官、学三界联手投资4645亿韩元（4.15亿美元），开发低能源、超轻量和超高速的半导体芯片。这当中1326亿韩元用于开发先进超轻量传感器、837亿韩元投入低耗能的SiC功率半导体，47亿韩元投资超高速存储器和系统整合设计技术……
具体方向上，我们以韩国四大财团Samsung、SK、LG和现代集团的第三代半导体布局来看。
01Samsung
Samsung内部曾有自身的功率半导体事业部，但后来因为受到专利诉讼、国际货币基金组织(IMF)危机等，于1999年出售此部门给美商仙童半导体(Fairchild)，其中包含了功率MOSFET、IGBT等业务。（此后仙童半导体成为全球第二大功率MOSFET供应商，并于2015年被安森美收购。
2018年三星和美国仙童的主要技术骨干又重新创办了Maplesemi美浦森半导体，目前总部位于深圳，工厂位于韩国浦项，主营功率MOSFET和SiC相关产品。）
2000年以后，Samsung以存储器和逻辑IC为主的半导体业务迎来大爆发，并在2011年宣布重启功率半导体事业部，设立电力装置中心(PowerDeviceCenter)，集中研究IGBT技术，以及SiC/GaN等新一代半导体材料。其中以GaN领域研究成果显著，尤其是在光电器件方面处于世界领先地位，另外Samsung与美国康宁合资成立三星康宁精密材料（SCPM）进军GaN材料，于2011年完成了4英寸高品质GaN基板研发。
近几年，Samsung为加快系统半导体生态系统建设，以旗下两档投资基金主导（SamsungNextFund+CatalystFund），已经开始着手投资中小型系统半导体初创公司，其中不乏第三代半导体相关企业。
其中一家IVworks于2019年已获得了80亿韩元的B轮融资。IVworks是韩国第一家开发8英寸GaN-on-Si外延片和4英寸GaN-on-SiC外延片的晶圆代工厂。与美国IntelliEPI（英特磊）通力合作，结合IVWorks的先进MBEGaN长晶和AI技术，以及英特磊的大规模MBE外延生产和硬设备自主经验与能力，共同开发MBE制造的GaN外延产品，应用于RF和电力器件市场。
Source：IVworks官网
另一家公司iBeam，其将GaNFET与MicroLED发射器并排集成来创建显示器的新型技术，亦吸引到Samsung投资。
02SK
SK集团的半导体事业部中最为人熟知是存储大厂SKHynix（海力士），另外还有Si晶圆领先供应商SKSiltron和半导体材料及零部件厂商SKC。
其中SKSiltron除了供应Si晶圆以外，近来也开始涉足SiC。“在Si晶圆领域要追上日本恐怕很难，因此将在次世代技术上进行挑战”，SKSiltron在2019年以4.5亿美元收购了美国化学大厂杜邦(DuPont)的SiC晶圆业务。今年2月，有消息称SKSiltron已开始生产少量的SiC芯片，意向功率半导体业务扩展。
Source：SKSiltron官网
投资方面，今年1月SK集团的投资控股公司SKHoldings宣布以268亿韩元收购韩国唯一SiC功率半导体制造商YesPowerTechnix的33.6％股份。
YesPowerTechnix成立于2017年，专注于研发SiC功率器件，其4英寸和6英寸的SiC晶圆产能约为14000片/年。知情人士表示，SK海力士可能和YesPowerTechnix在SiC功率半导体晶圆代工领域进行合作，而SKSiltron则有可能与其在SiC晶圆采购方面进行合作。
Source：YesPowerTechnix官网
03LG
同样是今年1月，据韩国科技媒体ETNews报道，LG集团旗下子公司SiliconWorks宣布扩大其半导体业务，重点押注SiCPMIC以及MCU。SiliconWorks之前以其驱动IC产品被业界所熟知，此前LGDisplay向苹果供应的OLEDDDIC便是由SiliconWorks独家供应。
另外，LG集团年前曾表示，计划剥离部分子公司，其中就包括SiliconWorks。而其即使从LG集团分拆出来，也将继续与LG电子的主要业务进行密切合作。
此次SiliconWorks大举切入SiC芯片领域，不仅透露了其对从LG集团分拆后的发展规划，更是从侧面印证了SiC在汽车领域的重大战略性意义。
04现代
自从2016年TeslaModel3中率先采用了以SiCMOSFET为功率模块的逆变器之后，截至当前，全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用SiC功率器件。未来几年，几乎所有汽车整车厂商都将在主逆变器中使用SiC，特别是中国厂商。
SiC市场的火爆引发了大量半导体厂商的涌进，而汽车整车厂商却早已有所积累，其中包括丰田、福特、大众等一线汽车整车厂均已研究SiC器件多年。
韩国现代汽车亦是如此，去年5月其旗下半导体子公司现代奥创(HyundaiAutron)与现代汽车成立了一个实验室，共同开发SiC功率器件。而且其最新的E-GMP纯电动汽车平台中便采用了SiC技术。
另外，今年2月有消息称，苹果将向现代子公司起亚汽车投资4万亿韩元（约36亿美元）合作开发苹果汽车。初步方案为采用现代汽车E-GMP平台打造，零部件供应商来自现代旗下零部件商现代摩比斯，生产放在美国。
最后，借此来简要谈谈全球汽车缺芯情况。
现状：当下大多数汽车整车厂商因芯片不足已经或即将面临停产情况，而车用芯片中缺货最严重的的当属MCU芯片，涉及功能包括车身动力、车身控制、发动机控制单元、辅助驾驶等，相当于汽车的大脑。在一辆汽车所装备的所有半导体器件中，MCU大概占三成，目前全球车规级MCU供应商主要集中在瑞萨、意法、恩智浦、德州仪器等。此外功率半导体和传感器等产品供应也较紧张。
缺芯根本原因：①绝大多数汽车整车厂商将半导体业务外包，与晶圆厂深度绑定，其中台积电承担了全球约70%的MCU产量，但仅占台积电销售额的5%。而这次全球COVID-19大爆发导致晶圆厂MCU产能投放占比降低，汽车零部件工厂部分MCU库存耗光。②与此同时，全球汽车产业特别是新能源汽车市场逆势上扬，远超需求预期，原厂IC供应严重不足，从而导致全球汽车供应链面临缺货危机。③此外，汽车MCU芯片普遍使用工艺成熟的8英寸晶圆，但8英寸产线近十年鲜有增加，原有产线得不到更新，更为先进的12英寸晶圆产线也并没有得到汽车行业的大力支持。
这里要特别提到的是丰田，与其他整车厂不同，丰田是全球唯一一家有能力应对芯片短缺的汽车整车商。主要源于三个原因：①供应链控制极其稳定②精益的库存方案③自研核心MCU芯片，其在1989年便开设半导体工厂用于设计和制造MCU芯片，直到2019年将其芯片制造工厂转让给日本电装，以整合供应商业务（电装广义上讲也是丰田集团的一部分）。丰田对半导体设计和制造工艺的深入了解，是它成功避免受到缺芯冲击的主要原因。
短期情况：汽车供应链与3C供应链互相争抢半导体晶圆代工产能，若3C供应链不断接受涨价、接受付预付款，甚至也提议分摊部分晶圆厂扩产支出或是出现其他争抢措施，汽车产业链将雪上加霜。另一方面，2021年汽车销售量稳步成长，其中汽车电子化过程中，电动车半导体价值量约高出传统燃油车一倍，而中国是全球最大的汽车市场，对于短缺情况反应最为敏感，因此价格市场会一度陷入混乱。但关键点仍然在于COVID-19的延续性，一旦疫情反转，情况可能会迅速改变。
韩国政府对第三代半导体的发展越来越重视，仅是这三年便实施了多项举措，特别是在汽车半导体、5G领域。最近更是传出三星有意收购一家汽车半导体大厂，目标可能包括恩智浦，德州仪器，微芯和亚德诺等公司。在全球第三代半导体的争夺战中，韩国正在向欧美日巨头发起冲击。
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