優(yōu)化襯底將在中國市場全面“開花”

半導(dǎo)體行業(yè)近兩年發(fā)展速度迅猛，據(jù)估計(jì)2020-2030的十年時(shí)間內(nèi)，半導(dǎo)體行業(yè)將增長2.2倍。屆時(shí)行業(yè)將圍繞智能手機(jī)、汽車、物聯(lián)網(wǎng)、云及基礎(chǔ)設(shè)施四大市場和5G、人工智能、能源效率三大趨勢發(fā)展。

驚人的增速之下，半導(dǎo)體行業(yè)亟待顛覆性解決方案。反觀半導(dǎo)體器件的演進(jìn)一直以來都遵循著“PPACT”的規(guī)律，即性能（Perfomance）、功耗（Power）、上市時(shí)間（Time-To-Market）、所占面積（Area Cost）。

為了實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)化，行業(yè)正面臨挑戰(zhàn)，包括超越摩爾定律、新型體系架構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)/3D，新型材料、縮減尺寸的新方法、先進(jìn)的封裝技術(shù)。

優(yōu)化襯底便是突破限制和挑戰(zhàn)的好方法，通過從晶圓這片“源頭”入手，改善晶體管的性能，為后續(xù)設(shè)計(jì)和流片打好“地基”。近日，半導(dǎo)體優(yōu)化襯底商Soitec展望其在2021年的計(jì)劃，21ic中國電子網(wǎng)記者受邀參加此次媒體交流會(huì)。

由5G撬動(dòng)的市場增長

5G是優(yōu)化襯底目前需求增長最大的市場之一，憑借其10倍的速度、10倍的相應(yīng)時(shí)間、10倍的連接設(shè)備數(shù)量、100倍的網(wǎng)絡(luò)容量，5G迎來了大規(guī)模部署。

數(shù)據(jù)顯示，2020年5G手機(jī)銷量約為2億臺(tái)，建成約20萬個(gè)5G基站。據(jù)Soitec全球戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人Thomas Piliszczuk預(yù)測，2023年5G手機(jī)的銷售量將占比50%，2025年全球?qū)⒂谐^55%的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)5G覆蓋。

5G這項(xiàng)技術(shù)不僅可以用于智能手機(jī)，也可用在汽車、IoT、制造上實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的特性，這些領(lǐng)域也將憑借5G發(fā)揮更好地生產(chǎn)力和質(zhì)量更高的服務(wù)。Thomas Piliszczuk強(qiáng)調(diào)，5G的垂直、衍生技術(shù)、應(yīng)用和頻譜將持續(xù)發(fā)展，5G也將驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新促使智能手機(jī)升級并助力其他行業(yè)轉(zhuǎn)型。

2G時(shí)代伴隨Wi-Fi首次面市，SOI天線開關(guān)的應(yīng)用，RF-SOI從開關(guān)的備選逐漸成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解決方案，根據(jù)Soitec預(yù)測此時(shí)RF-SOI應(yīng)用面積僅為1m㎡。歷經(jīng)3G、LTE、LTE-A、LTE-A-Pro直至5G時(shí)代的變遷，Soitec預(yù)測5G sub-6GHz&mmW應(yīng)用時(shí)期，采納RF-SOI和FD-SOI應(yīng)用總面積將達(dá)到130m㎡。值得一提的是，伴隨著5G的到來，FD-SOI、POI技術(shù)也逐漸引入智能手機(jī)，優(yōu)化襯底市場正隨著5G到來而迎來新的“黃金期”。

由汽車衍生的動(dòng)能革新

汽車行業(yè)也是急需晶圓優(yōu)化襯底的行業(yè)之一。目前來說，汽車行業(yè)正朝向CASE（C：互連、A：自動(dòng)化、S：共享、E:電動(dòng)化）發(fā)展，龐大市場背后是巨大的“胃口”，在性能、功耗、面積上會(huì)擁有更加嚴(yán)苛的要求。

數(shù)據(jù)顯示，2026年5G汽車銷量將達(dá)到2700萬輛，2028年全球共享車隊(duì)數(shù)量將達(dá)到100萬輛，2030年L3及以上車型銷量700萬輛，2030年全球電動(dòng)汽車銷量將達(dá)到4500萬輛。

CASE之下，整車的BOM中電子系統(tǒng)的占比逐漸增大，自2019年至目前車型對比增加28%~44%。Thomas Piliszczuk強(qiáng)調(diào)，這些增長并不僅是應(yīng)用面積的增長，也有新應(yīng)用種類及新芯片種類的增長。

2019年Soitec在Power-SOI、FD-SOI、RF-SOI總應(yīng)用面積達(dá)到150m㎡；2020-2022年POI將引入汽車應(yīng)用，相關(guān)SOI應(yīng)用將擴(kuò)大范圍，總應(yīng)用面積將躍升至276 m㎡；2022年及未來SiC/GaN Power將為EV動(dòng)力系統(tǒng)帶來新“動(dòng)能”，總應(yīng)用面積將躍升至2011 m㎡。

從技術(shù)到產(chǎn)品的自由組合

“優(yōu)化襯底對行業(yè)是特別重要的，且會(huì)成為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，就比如說5G領(lǐng)域”，Soitec 首席運(yùn)營官兼全球業(yè)務(wù)部主管Bernard Aspar強(qiáng)調(diào)，Soitec的工作方式就是與整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行合作，包括直接客戶及客戶的客戶，這樣才能保證對整個(gè)產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)有更深刻的了解。

從技術(shù)方面來講，目前Soitec擁有四項(xiàng)核心技術(shù)包括Smart Cut?（智能剝離技術(shù)）、Smart Stacking?（智能疊加技術(shù)）、Epitaxy（外延技術(shù)）、Compound Semiconductor（化合物半導(dǎo)體技術(shù)）?！?span>

幾項(xiàng)技術(shù)之間是存在互相聯(lián)系的，通過綜合地運(yùn)用這幾個(gè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同材料的堆疊，打造新產(chǎn)品。Soitec不僅在每項(xiàng)技術(shù)上都是領(lǐng)先者，在各項(xiàng)技術(shù)的搭配應(yīng)用上也是領(lǐng)先者”，Bernard Aspar表示，正因Soitec擁有不同技術(shù)，所以才能生產(chǎn)多種優(yōu)化襯底。憑借領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢，Soitec可根據(jù)需要解決的挑戰(zhàn)或需要滿足的市場需求，生產(chǎn)出不同的襯底。

他為記者舉了幾個(gè)例子表示，利用技術(shù)的優(yōu)化組合，再利用硅材料，可以開發(fā)出SOI類的產(chǎn)品；利用壓電材料，可以生產(chǎn)出POI（壓電絕緣體）；用碳化硅材料或者是氮化鎵材料，也可生產(chǎn)基于它們的相應(yīng)的產(chǎn)品。“對于Soitec來說，我們要做的就是從充分理解行業(yè)的需求和客戶的需求，來做出適應(yīng)需求的優(yōu)化襯底?！?span>

從產(chǎn)品方面來講，Soitec提供豐富的SOI相關(guān)產(chǎn)品，覆蓋硅基、非硅基領(lǐng)域。具體包括FD-SOI（處理器&SoC連接）、RF-SOI（射頻前端模塊）、Power-SOI（功率）、Photonics-SOI（光電）、Imager-SOI（成像）的SOI產(chǎn)品；POI（壓電絕緣體）和GaN（氮化鎵）的壓電及化合物產(chǎn)品。

優(yōu)化襯底業(yè)務(wù)將全線“開花”

在RF-SOI業(yè)務(wù)單元方面，Bernard Aspar表示2020年全球智能手機(jī)市場同比上一年下降約10%，預(yù)測2021年全球智能手機(jī)將出現(xiàn)強(qiáng)勁反彈。這是因?yàn)?span>5G對于RF-SOI用量更大，包括智能手機(jī)的Sub-6 GHz、毫米波和Wi-Fi 6三個(gè)部分。

數(shù)據(jù)顯示，5G手機(jī)中RF-SOI采用面積相比4G含量增高60%，比中端手機(jī)至多可高100%，由此便引發(fā)了200mm和300mm節(jié)點(diǎn)RF-SOI的需求旺盛。Bernard Aspar強(qiáng)調(diào)，Soitec技術(shù)領(lǐng)先，制定涵蓋高端和低端細(xì)分市場的產(chǎn)品路線圖，滿足5G sub-6 GHz、mmW及 Wi-Fi 6的需求。

在FD-SOI業(yè)務(wù)單元方面，Bernard Aspar表示：“FD-SOI將繼續(xù)擴(kuò)大在超低功耗的應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)增長的因素主要是5G、邊緣計(jì)算、汽車，同時(shí)FD-SOI的采用率上升也受益于越來越多的技術(shù)需要超低功耗的能力。此外，由于可以通過AI管理的射頻到比特流SoC以及新一代的Soitec技術(shù)為云端添加無線電連接，這也帶動(dòng)了一系列FD-SOI的應(yīng)用?！?span>

萊迪斯的CrossLink FPGA平臺(tái)、意法半導(dǎo)體的Stellar MCU平臺(tái)、格芯的22FDX RF+、三星的FD-SOI+eMRAM都是FD-SOI助力代工廠的成果。根據(jù)Bernard Aspar的介紹，目前代工廠正在研發(fā)18nm和12nm工藝節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品。

在Specialty-SOI業(yè)務(wù)單元方面，Bernard Aspar介紹表示，Power-SOI主要用于汽車市場，經(jīng)歷2020年的市場疲軟后，未來市場將迎來復(fù)蘇。另外，Soitec將簽署長期合同確?？蛻艉献鳎?span>300mm產(chǎn)品的供應(yīng)延遲。

Imager-SOI主要用于面部識(shí)別，該技術(shù)將伴隨高端智能手機(jī)的需求不斷發(fā)展，利用其優(yōu)勢來滿足智能手機(jī)對于3D傳感的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

Photonics-SOI主要用于數(shù)據(jù)中心光學(xué)收發(fā)器，其在IDM和代工廠的100G收發(fā)器上有穩(wěn)定的需求，400G硅光器件和共同封裝光學(xué)器件的發(fā)展也將持續(xù)增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心供應(yīng)。

在濾波器業(yè)務(wù)單元方面，Bernard Aspar預(yù)測5G Sub-6 GHz的采用將推動(dòng)濾波器用量增長。POI襯底技是射頻濾波器的理想選擇，該技術(shù)能提供5G濾波器更大的帶寬、更低的損耗、出色的溫度穩(wěn)定性和有效的排斥。

據(jù)介紹，Soitec已與高通公司簽署有關(guān)為4G/5G RF 濾波器提供POI襯底的商業(yè)協(xié)議。目前Soitec的150mm POI襯底已進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)，并且整體POI產(chǎn)能準(zhǔn)備擴(kuò)張至 50萬片/年。

在Soitec Belgium（原EpiGaN）業(yè)務(wù)單元方面，Bernard Aspar介紹2019年5月Soitec并購了EpiGaN，現(xiàn)在該業(yè)務(wù)單元已完美、有機(jī)地結(jié)合到整體業(yè)務(wù)中。

目前基站和智能手機(jī)中用于射頻的氮化鎵外延片需求量較大，而部分客戶已開始對用于功率器件的200mm硅基氮化鎵進(jìn)行評估。Soitec擁有硅基的氮化鎵和碳化硅基氮化鎵兩種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，IDM和代工廠等優(yōu)質(zhì)用戶購買RF氮化鎵及硅產(chǎn)品（150mm-200mm）持續(xù)增長之中。

在化合物業(yè)務(wù)單元方面，Bernard Aspar表示2021年第一季度的合規(guī)產(chǎn)品已準(zhǔn)備就緒，該業(yè)務(wù)單元主要是基于Smart Cut?的碳化硅襯底，其頂層是高質(zhì)量的碳化硅，下層是低電阻率的襯底。

目前，Soitec與應(yīng)用材料公司合作所制定的計(jì)劃，試生產(chǎn)線已全面投入運(yùn)行。據(jù)預(yù)測，碳化硅晶圓需求量將在2030年增加10倍。

在Dolphin Design方面，Thomas Piliszczuk表示Soitec收購芯片設(shè)計(jì)公司Dolphin Design，旨在加速為電子行業(yè)提供Soitec自主研發(fā)設(shè)計(jì)的優(yōu)化襯底。目前Soitec十分欣喜這一方面的取得的進(jìn)展，Dolphin Design已向市場交付一些針對于FD-SOI特性的IP設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。

“作為重要的芯片廠商之一，格芯正在向全球的客戶提供這種IP設(shè)計(jì)，這使得眾多應(yīng)用及無晶圓廠半導(dǎo)體公司加速采納FD-SOI技術(shù)并擴(kuò)張其生產(chǎn)規(guī)模?？傮w來說，收購Dolphin Design，使Soitec能提供出色的解決方案用于IP設(shè)計(jì)、完整地設(shè)計(jì)產(chǎn)品，滿足低功耗和高能效應(yīng)用的需求。我們對Dolphin Design在未來的發(fā)展持樂觀態(tài)度，會(huì)主要關(guān)注能效以及電源管理方面的市場需求”，他這樣為記者介紹。

優(yōu)化襯底將在中國市場持續(xù)突破

“中國一直是Soitec最重要的市場之一”，在本土化逐漸成為行業(yè)必然提到的話題之下，Soitec中國區(qū)戰(zhàn)略發(fā)展總監(jiān)張萬鵬這樣對記者說。

根據(jù)他的介紹，Soitec自1992年公司成立至今，一直與大學(xué)研究機(jī)構(gòu)以及業(yè)界最領(lǐng)先的材料公司、設(shè)備公司、設(shè)計(jì)公司、系統(tǒng)公司合作，為手機(jī)行業(yè)、汽車行業(yè)服務(wù)。

“對于中國來說，我們希望能夠把這些最新、最好的經(jīng)驗(yàn)帶到中國來，幫助中國的同行解決問題。與此同時(shí)建設(shè)在中國的行業(yè)生態(tài)，不僅僅是在此前提及的5G、AIoT以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域，也希望能夠加強(qiáng)與本地行業(yè)伙伴的合作，建立靈活的商業(yè)合作模式，建立本地供應(yīng)鏈以及本地支持”，張萬鵬強(qiáng)調(diào)，新傲作為本土合作生產(chǎn)商之一對Soitec幫助很大。

Soitec希望通過團(tuán)隊(duì)的本土化來加強(qiáng)對中國市場的支持能力，同時(shí)希望能夠利用中國正在大力發(fā)展的新基建、電動(dòng)汽車等，來幫助合作伙伴解決行業(yè)中遇到的挑戰(zhàn)以及傳統(tǒng)材料的瓶頸問題。

Soitec全球銷售主管Calvin Chen表示，目前國內(nèi)已有超過30個(gè)項(xiàng)目合作，包括主流產(chǎn)品和正在開發(fā)的新材料與新產(chǎn)品。經(jīng)過幾年的耕耘，目前主流的產(chǎn)品會(huì)開始有銷售增長，其中幾個(gè)項(xiàng)目會(huì)在一年內(nèi)開始進(jìn)入試產(chǎn)和量產(chǎn)階段。他強(qiáng)調(diào)，RF-SOI、Power-SOI已成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)不久之后會(huì)有爆發(fā)式的增長，開始對Soitec有大量的銷售貢獻(xiàn)。

除此之外，在FD-SOI方面Thomas Piliszczuk透露，過去幾年Soitec已開始與上海華力微電子進(jìn)行接洽，華力微電子近年來一直在研發(fā)FD-SOI技術(shù)，并向市場交付產(chǎn)品。華力提供兩個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品分別是55nm的FD-SOI和22nm的FD-SOI。

在5G、人工智能、邊緣計(jì)算和能效推動(dòng)的電子增長“黃金十年”之下，優(yōu)化襯底將發(fā)揮關(guān)鍵作用，并逐漸成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Soitec不僅將優(yōu)化襯底產(chǎn)品組合已從SOI擴(kuò)展到POI、GaN和SiC，也將不斷加強(qiáng)在中國市場的地位。