曾经的LED领头羊Cree剥离照明业务,对我国发展化合物半导体有何启示?

来源: 中国电子报
2019年3月15日,美国Cree公司宣布将旗下LED照明部门(Cree Lighting)以3.1...

2019年3月15日,美国Cree公司宣布将旗下LED照明部门(Cree Lighting)以3.1亿美元出售给美国Ideal Industries公司。Cree出售的业务包括用于商业的LED照明灯具和企业照明解决方案。通过此次业务剥离,Cree公司继续专注化合物半导体射频和功率应用市场,满足5G 通信和新能源汽车的市场需求。分析Cree在化合物半导体领域的发展策略,对我国化合物半导体产业发展具有启示作用。

一、Cree出售LED照明业务的背景和原因

(一)LED照明市场已成为竞争红海

一方面,LED照明不再是技术竞争高地。2014年的诺贝尔奖物理学奖颁给了赤崎勇、天野浩和中村修三位科学家,以表彰他们发明了用于照明的蓝色发光二极管(LED)。氮化镓(GaN)材料的突破使得LED成为改变人类照明方式的一次革命。蓝光LED发明后的20余年里,LED灯的性价比不断提高,甚至遵循着类似“摩尔定律”的“海茨法则”。当前LED照明的成本已下降了90%以上,发光效率提升了30倍,使得LED的性能和成本已完全满足照明需求,替代性光源市场渗透率接近50%。LED灯已从技术竞争的高地转为成熟的通用大宗商品。

另一方面,成本控制和市场开拓成为LED照明企业发展的核心竞争力。LED制造环节趋向标准化和通用化,附加价值越来越低。通用电气、欧司朗、飞利浦等国际传统照明龙头企业纷纷出售和剥离LED照明业务。加之龙头企业早期布局的核心发明专利逐渐脱离保护年限,掌握芯片制造产能和强大应用市场的中国LED企业成为行业的主力。三安光电、华灿光电、木林森、欧普照明等成为代表企业。根据CSA的数据,2018年我国半导体照明总体产值超过7000亿元,芯片产能超过1200万片/月(折合4英寸)。

(二)Cree在半导体照明市场风光不再

Cree公司曾是LED技术进步的领头羊。依托SiC材料领域的优势,Cree以独有的“SiC衬底LED”技术路线,屡屡打破LED照明的发光效率纪录。Cree于2015年将LED发光效率提升至303lm/W,打破了其在2013年创下的276lm/W的纪录。然而,100-200lm/W的光效已能满足大部分照明场景需求,高发光效率并不能继续提升产品附加值。加之基于“蓝宝石衬底LED”技术路线的LED制造成本持续下跌,Cree在LED市场的竞争优势日益弱化。公司照明业务收入近三年来下滑了近40%。2017年,Cree选择与国内三安光电公司成立合资公司,变相让出了中低功率LED市场。

图1 2016-2019财年Cree公司营业收入(单位:百万美元)

数据来源:公司财报,赛迪智库整理和预测

(三)新兴应用市场驱动化合物半导体产业成长

除了具有出色的发光性能,化合物半导体相对Si器件还具有开关速度快、耐电压高、散热好等特点,在射频和功率器件领域拥有更优异的性能。

在新能源汽车中,使用SiC功率器件可以使充电装置体积缩小80%、重量减轻60%、能量损耗降低25%。特斯拉的Model 3车型中已采用SiC MOSFET作为逆变器的开关器件,替代IGBT器件。在移动通信基站中,使用GaN射频器件可以满足更高通信频段下的通信效率,使每座基站可覆盖的用户提升2倍,单用户的数据传输速率提升10倍。华为公司在4G通信基站中已开始批量使用GaN射频器件,替代LDMOS器件。此外在光伏、风能、家电等应用市场,SiC和GaN器件也有替代市场空间。

2018年,全球SiC功率器件市场规模约为4.5亿美元,全球GaN射频器件市场规模约为5亿美元,5年后的市场规模有望分别达到20亿美元和10亿美元。

(四)Cree计划专注发展化合物半导体业务

Cree公司成立于1987年,早期的技术来源自美国北卡州立大学。Cree于1991年发布了第一片商用的SiC衬底材料,于1998年推出了首个工业用的GaN-on-SiC射频器件。Cree于2002年发布全球首个商用的SiC功率器件,于2011年发布全球首个SiC MOSFET功率器件。2000年,Cree收购GaN器件企业Nitres,2004年收购ATMI公司的GaN衬底和外延业务部门,2006年收购SiC衬底企业Intrinsic Semiconductor。

2015年9月,Cree公司将旗下功率和射频部门(Power & RF)分拆为独立的“Wolfspeed”公司。新成立后的Wolfspeed公司是全球最大的SiC衬底材料供应商,是美国军用雷达可靠的GaN射频器件供应商和全球前三大的SiC功率器件企业。预计2019年,Wolfspeed公司的销售额将达到5.9亿美元,是2015年分拆时的3.3倍。

图2 2016-2019财年Wolfspeed公司营业收入(单位:百万美元)

数据来源:公司财报,赛迪智库整理和预测

二、Cree在化合物半导体领域的布局策略

(一)以SiC材料为核心延伸价值链

Cree是全球最大的SiC衬底材料供应商,2018年,Cree将SiC材料产能增加了一倍,市场份额近60%,并与Infineon和ST两大汽车电子半导体供应商签订了多年供货协议。在用于制造GaN-on-SiC射频器件的高纯半绝缘SiC衬底市场,Cree的市场份额可达90%。Cree依托SiC衬底材料领域的核心竞争力,向GaN-on-SiC射频器件和SiC功率器件领域延伸。2016-2019财年,GaN射频器件和SiC功率器件的年均增速分别达到29%和51%。

(二)通过并购打通通信市场渠道

Cree的GaN射频器件部门早期主要服务于美国军工,产品曾装载在“萨德”弹道导弹防御系统中。随着移动通信基站对高频率和高功效的要求进一步提高,GaN射频器件成为基站功率放大器的优选解决方案。Cree公司主要通过为NXP/Freescale、Infineon、RFHIC等基站射频器件企业代工的途径进入GaN射频器件市场,在基站领域的市场份额不及华为的供应商日本住友电工公司。为开拓通信基站市场,Cree于2018年收购全球第四大基站射频器件供应商Infineon公司的射频器件部门,进一步提升Cree在移动通信用GaN射频器件领域的设计能力和封装测试能力。

(三)通过合作开拓GaN功率器件市场

基于Si衬底的GaN功率器件同样是市场关注的热门技术,相比SiC功率器件具有成本低和易集成等特点,主要应用于高端电源等产品,市场成长空间远大于GaN射频器件。Cree的优势是SiC材料及相关器件,并无Si基GaN功率器件的技术优势,难以与收购IR的Infineon、在台积电代工的Navitas和EPC、与松下合作的TI等竞争对手抗衡。2018年,Cree通过专利授权的方式,将GaN领域的基础专利授权给安世半导体(Nexperia)公司,共同合作开拓Si基GaN功率器件市场。

三、对我国化合物半导体产业发展的启示

(一)要耐住寂寞,锤炼内功

Cree从SiC材料起家,历经30余年,不断引领化合物半导体技术进步。一方面,说明半导体行业并不存在“风口”,也不会有“红利”,技术进步必须依靠坚持不懈的基础研究和原始创新。即便化合物半导体拥有非常广阔的市场前景,依然需要几十年的技术积累。另一方面,产业资本和地方政府资金在进入化合物半导体行业时,需选择具有技术积累的团队和企业,保持耐心和定力,加强团队建设和技术研发,积极开拓市场资源,避免在技术尚未成熟或尚无明确客户时启动投资建设大规模生产线。

(二)要发挥优势,把握机遇

我国发展化合物半导体最大的优势是全球最大的应用市场和日益强大的整机企业。三安光电等在LED照明领域的成功也说明市场的带动作用举足轻重。我国是全球最大的移动通信市场,已建成全球最大的4G通信网络,基站数量超过200万。2019年,我国将启用5G通信,未来新建基站将超过500万座。华为和中兴分别是全球第一大和第四大基站供应商。华为、OPPO、小米、vivo是全球前六大的智能手机企业,每年出货量超过5亿部。我国是全球最大的新能源汽车产销国,占全球比重超过50%。2018年,比亚迪公司共销售了24.8万辆新能源汽车,连续4年成为全球新能源汽车销量冠军。北汽、上汽、长安、蔚来等自主汽车品牌也均在新能源汽车市场占据一席之地。

(三)要看清大势,合作共赢

一方面,化合物半导体是军用关键技术,我国产业发展必须自力更生。此次案件之前,Cree曾于2016年计划将Wolfspeed出售给Infineon,被美国政府以涉及国家安全为由予以阻拦。2018年8月1日,美国商务部将包括部分中电科研究所在内的国内44家单位列入出口管制名单。禁运名单中包括多家以化合物半导体为专长的研究机构和企业。另一方面,国际巨头频频加大布局,国内产业发展需注重资源整合。Cree通过此次业务剥离,更加专注巩固化合物半导体市场优势。此前,Infineon推出SiC和GaN的完整电源解决方案,ST的SiC MOSFET已批量应用于特斯拉电动车。

国内化合物半导体各环节企业和整机应用企业需加强合作,推动以资本为纽带整合产业资源。面向5G通信基站、新能源汽车和工业电源等市场,加大国产化合物半导体产品的试用和验证。发挥政府的组织协调优势,搭建试用验证平台,鼓励整机企业敢用、愿用国产产品。通过模拟真实应用环境,不断试错、发现和解决问题,提升国内器件企业市场竞争力。

表1 我国化合物半导体产业体系

数据来源:赛迪智库整理

作者朱邵歆,系赛迪研究院集成电路研究所副所长

夏梦阳,供职于赛迪研究院集成电路研究所

 

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