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[導讀]驚人的增速之下,半導體行業亟待顛覆性解決方案。反觀半導體器件的演進一直以來都遵循着“PPACT”的規律,即性能(Perfomance)、功耗(Power)、上市時間(Time-To-Market)、所佔面積(Area Cost)。為了實現這種進化,行業正面臨挑戰,包括超越摩爾定律、新型體系架構、新型結構/3D,新型材料、縮減尺寸的新方法、先進的封裝技術。優化襯底便是突破限制和挑戰的好方法,通過從晶圓這片“源頭”入手,改善晶體管的性能,為後續設計和流片打好“地基”。

半導體行業近兩年發展速度迅猛,據估計2020-2030的十年時間內,半導體行業將增長2.2倍。屆時行業將圍繞智能手機、汽車、物聯網、雲及基礎設施四大市場和5G、人工智能、能源效率三大趨勢發展。

驚人的增速之下,半導體行業亟待顛覆性解決方案。反觀半導體器件的演進一直以來都遵循着“PPACT”的規律,即性能(Perfomance)、功耗(Power)、上市時間(Time-To-Market)、所佔面積(Area Cost)。

為了實現這種進化,行業正面臨挑戰,包括超越摩爾定律、新型體系架構、新型結構/3D,新型材料、縮減尺寸的新方法、先進的封裝技術。

優化襯底便是突破限制和挑戰的好方法,通過從晶圓這片“源頭”入手,改善晶體管的性能,為後續設計和流片打好“地基”。近日,半導體優化襯底商Soitec展望其在2021年的計劃,21ic中國電子網記者受邀參加此次媒體交流會。

5G撬動的市場增長

5G是優化襯底目前需求增長最大的市場之一,憑藉其10倍的速度、10倍的相應時間、10倍的連接設備數量、100倍的網絡容量,5G迎來了大規模部署。

數據顯示,20205G手機銷量約為2億台,建成約20萬個5G基站。據Soitec全球戰略負責人Thomas Piliszczuk預測,20235G手機的銷售量將佔比50%2025年全球將有超過55%的區域實現5G覆蓋。

5G這項技術不僅可以用於智能手機,也可用在汽車、IoT、製造上實現萬物互聯的特性,這些領域也將憑藉5G發揮更好地生產力和質量更高的服務。Thomas Piliszczuk強調,5G的垂直、衍生技術、應用和頻譜將持續發展,5G也將驅動創新促使智能手機升級並助力其他行業轉型。

2G時代伴隨Wi-Fi首次面市,SOI天線開關的應用,RF-SOI從開關的備選逐漸成為行業標準解決方案,根據Soitec預測此時RF-SOI應用面積僅為1m㎡。歷經3GLTELTE-ALTE-A-Pro直至5G時代的變遷,Soitec預測5G sub-6GHz&mmW應用時期,採納RF-SOIFD-SOI應用總面積將達到130m㎡。值得一提的是,伴隨着5G的到來,FD-SOIPOI技術也逐漸引入智能手機,優化襯底市場正隨着5G到來而迎來新的“黃金期”。


由汽車衍生的動能革新

汽車行業也是急需晶圓優化襯底的行業之一。目前來説,汽車行業正朝向CASEC:互連、A:自動化、S:共享、E:電動化)發展,龐大市場背後是巨大的“胃口”,在性能、功耗、面積上會擁有更加嚴苛的要求。

數據顯示,20265G汽車銷量將達到2700萬輛,2028年全球共享車隊數量將達到100萬輛,2030L3及以上車型銷量700萬輛,2030年全球電動汽車銷量將達到4500萬輛。

CASE之下,整車的BOM中電子系統的佔比逐漸增大,自2019年至目前車型對比增加28%~44%Thomas Piliszczuk強調,這些增長並不僅是應用面積的增長,也有新應用種類及新芯片種類的增長。

2019SoitecPower-SOIFD-SOIRF-SOI總應用面積達到150m㎡;2020-2022POI將引入汽車應用,相關SOI應用將擴大範圍,總應用面積將躍升至276 m㎡;2022年及未來SiC/GaN Power將為EV動力系統帶來新“動能”,總應用面積將躍升至2011 m㎡。

從技術到產品的自由組合

“優化襯底對行業是特別重要的,且會成為行業的標準,就比如説5G領域”,Soitec 首席運營官兼全球業務部主管Bernard Aspar強調,Soitec的工作方式就是與整個生態系統進行合作,包括直接客户及客户的客户,這樣才能保證對整個產業所面臨的挑戰有更深刻的瞭解。

從技術方面來講,目前Soitec擁有四項核心技術包括Smart Cut™(智能剝離技術)、Smart Stacking™(智能疊加技術)、Epitaxy(外延技術)、Compound Semiconductor(化合物半導體技術)。“

幾項技術之間是存在互相聯繫的,通過綜合地運用這幾個技術可以實現不同材料的堆疊,打造新產品。Soitec不僅在每項技術上都是領先者,在各項技術的搭配應用上也是領先者”,Bernard Aspar表示,正因Soitec擁有不同技術,所以才能生產多種優化襯底。憑藉領先技術優勢,Soitec可根據需要解決的挑戰或需要滿足的市場需求,生產出不同的襯底。

他為記者舉了幾個例子表示,利用技術的優化組合,再利用硅材料,可以開發出SOI類的產品;利用壓電材料,可以生產出POI(壓電絕緣體);用碳化硅材料或者是氮化鎵材料,也可生產基於它們的相應的產品。“對於Soitec來説,我們要做的就是從充分理解行業的需求和客户的需求,來做出適應需求的優化襯底。”


從產品方面來講,Soitec提供豐富的SOI相關產品,覆蓋硅基、非硅基領域。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產品;POI(壓電絕緣體)和GaN(氮化鎵)的壓電及化合物產品。


優化襯底業務將全線“開花”

RF-SOI業務單元方面,Bernard Aspar表示2020年全球智能手機市場同比上一年下降約10%,預測2021年全球智能手機將出現強勁反彈。這是因為5G對於RF-SOI用量更大,包括智能手機的Sub-6 GHz、毫米波和Wi-Fi 6三個部分。

數據顯示,5G手機中RF-SOI採用面積相比4G含量增高60%,比中端手機至多可高100%,由此便引發了200mm300mm節點RF-SOI的需求旺盛。Bernard Aspar強調,Soitec技術領先,制定涵蓋高端和低端細分市場的產品路線圖,滿足5G sub-6 GHzmmW Wi-Fi 6的需求。


FD-SOI業務單元方面,Bernard Aspar表示:“FD-SOI將繼續擴大在超低功耗的應用,驅動增長的因素主要是5G、邊緣計算、汽車,同時FD-SOI的採用率上升也受益於越來越多的技術需要超低功耗的能力。此外,由於可以通過AI管理的射頻到比特流SoC以及新一代的Soitec技術為雲端添加無線電連接,這也帶動了一系列FD-SOI的應用。”

萊迪斯的CrossLink FPGA平台、意法半導體的Stellar MCU平台、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Bernard Aspar的介紹,目前代工廠正在研發18nm12nm工藝節點的產品。


Specialty-SOI業務單元方面,Bernard Aspar介紹表示,Power-SOI主要用於汽車市場,經歷2020年的市場疲軟後,未來市場將迎來複蘇。另外,Soitec將簽署長期合同確保客户合作,300mm產品的供應延遲。

Imager-SOI主要用於面部識別,該技術將伴隨高端智能手機的需求不斷髮展,利用其優勢來滿足智能手機對於3D傳感的高標準要求。

Photonics-SOI主要用於數據中心光學收發器,其在IDM和代工廠的100G收發器上有穩定的需求,400G硅光器件和共同封裝光學器件的發展也將持續增強數據中心供應。


在濾波器業務單元方面,Bernard Aspar預測5G Sub-6 GHz的採用將推動濾波器用量增長。POI襯底技是射頻濾波器的理想選擇,該技術能提供5G濾波器更大的帶寬、更低的損耗、出色的温度穩定性和有效的排斥。

據介紹,Soitec已與高通公司簽署有關為4G/5G RF 濾波器提供POI襯底的商業協議。目前Soitec150mm POI襯底已進行大規模量產,並且整體POI產能準備擴張至 50萬片/年。


Soitec Belgium(原EpiGaN)業務單元方面,Bernard Aspar介紹20195Soitec併購了EpiGaN,現在該業務單元已完美、有機地結合到整體業務中。

目前基站和智能手機中用於射頻的氮化鎵外延片需求量較大,而部分客户已開始對用於功率器件的200mm硅基氮化鎵進行評估。Soitec擁有硅基的氮化鎵和碳化硅基氮化鎵兩種結構產品,IDM和代工廠等優質用户購買RF氮化鎵及硅產品(150mm-200mm)持續增長之中。


在化合物業務單元方面,Bernard Aspar表示2021年第一季度的合規產品已準備就緒,該業務單元主要是基於Smart Cut™的碳化硅襯底,其頂層是高質量的碳化硅,下層是低電阻率的襯底。

目前,Soitec與應用材料公司合作所制定的計劃,試生產線已全面投入運行。據預測,碳化硅晶圓需求量將在2030年增加10倍。


Dolphin Design方面,Thomas Piliszczuk表示Soitec收購芯片設計公司Dolphin Design,旨在加速為電子行業提供Soitec自主研發設計的優化襯底。目前Soitec十分欣喜這一方面的取得的進展,Dolphin Design已向市場交付一些針對於FD-SOI特性的IP設計的關鍵技術。

“作為重要的芯片中通快遞香港查詢之一,格芯正在向全球的客户提供這種IP設計,這使得眾多應用及無晶圓廠半導體公司加速採納FD-SOI技術並擴張其生產規模。總體來説,收購Dolphin Design,使Soitec能提供出色的解決方案用於IP設計、完整地設計產品,滿足低功耗和高能效應用的需求。我們對Dolphin Design在未來的發展持樂觀態度,會主要關注能效以及電源管理方面的市場需求”,他這樣為記者介紹。


優化襯底將在中國市場持續突破

“中國一直是Soitec最重要的市場之一”,在本土化逐漸成為行業必然提到的話題之下,Soitec中國區戰略發展總監張萬鵬這樣對記者説。

根據他的介紹,Soitec1992年公司成立至今,一直與大學研究機構以及業界最領先的材料公司、設備公司、設計公司、系統公司合作,為手機行業、汽車行業服務。

“對於中國來説,我們希望能夠把這些最新、最好的經驗帶到中國來,幫助中國的同行解決問題。與此同時建設在中國的行業生態,不僅僅是在此前提及的5GAIoT以及電動汽車領域,也希望能夠加強與本地行業夥伴的合作,建立靈活的商業合作模式,建立本地供應鏈以及本地支持”,張萬鵬強調,新傲作為本土合作生產商之一對Soitec幫助很大。

Soitec希望通過團隊的本土化來加強對中國市場的支持能力,同時希望能夠利用中國正在大力發展的新基建、電動汽車等,來幫助合作伙伴解決行業中遇到的挑戰以及傳統材料的瓶頸問題。


Soitec全球銷售主管Calvin Chen表示,目前國內已有超過30個項目合作,包括主流產品和正在開發的新材料與新產品。經過幾年的耕耘,目前主流的產品會開始有銷售增長,其中幾個項目會在一年內開始進入試產和量產階段。他強調,RF-SOIPower-SOI已成為業界標準,預計不久之後會有爆發式的增長,開始對Soitec有大量的銷售貢獻。

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行接洽,華力微電子近年來一直在研發FD-SOI技術,並向市場交付產品。華力提供兩個技術節點的產品分別是55nmFD-SOI22nmFD-SOI

5G、人工智能、邊緣計算和能效推動的電子增長“黃金十年”之下,優化襯底將發揮關鍵作用,並逐漸成為行業標準。Soitec不僅將優化襯底產品組合已從SOI擴展到POIGaNSiC,也將不斷加強在中國市場的地位。

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