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【预期】5nm来了,台积电明年第一季试产年底量产

·2018-07-23 00:00·老杳吧
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1.5nm来了,台积电明年第一季试产年底量产;
2.台积电冲刺5nm欧美设备厂是最大受益者;
3.台积电挟EUV领先量产优势,将横扫5G、AI等订单;
4.三大应用推波 GaN普及率节节高升;
5.2027年超越100亿美元!GaN和SiC功率半导体市场规模暴增
1.5nm来了,台积电明年第一季试产年底量产;
台积电供应链透露,台积电已下达“全力冲刺令”,预定明年第1季进行5nm制程风险性试产,是全球第一家导入5nm制程试产的晶圆代工厂,按进度,台积电也可望在明年底或2020年初即有产品量产,再度领先全球。

外界一度忧心,台积电7nm量产时程比16nm和10nm进度略慢,台积电说明,主因客户愈来集中,加上制程难度和投入产品设计定案相关费用昂贵,一定要做评细评估才会导入。

不过,台积电仍对制程进度领先竞争对手信心十足。

台积电在先进制程已展现全球领先实力,7nm制程将自下半年起为台积电启动另一波成长动力,但台积电仍未松懈,对供应链下达冲刺令,预定在明年第1季即进行5nm制程风险性试产。

台积电5nm生产基地位于南科Fab 18,总投资额预估高达7,000亿元新台币,预定2019年底或2020年初正式量产。

除此之外,台积电目前最赚钱的28nm制程,因应联电、格罗方德和中芯国际等竞争对手产能逐步开出,转进以22nm为主力。

台积电宣称,已经有40个产品导入22nm制程产品设计定案,有信心在28/22nm制程合计,仍会超越原来28nm营收占比。
2.台积电冲刺5nm欧美设备厂是最大受益者;
台积电全力冲刺先进制程,在近年动辄百亿美元的资本支出中,欧美仍是主要受惠厂商,台湾当地设备暨材料厂多半只能吃到周边耗材、清洗及晶圆再生和薄化等商机,受惠金额不如欧美协力厂。

不过,台积电带动的半导体产业群聚效益相当显著,今年已有来自全球各地的多家重量级半导体设备厂加速在台布局,包括美商应材、科林研发、德商默克、日商艾尔斯(RS Technologies)及荷商艾司摩尔(ASML)等,凸显这些大厂都看好台积电技术优势,全力助攻台积电发展先进制程。

台积电每年奖励优良供应商中,几乎以外商为主,包括美商应材、科林研发、荏原制作所、日立国际、日商豪雅、信越化学及信越半导体和胜高等。
3.台积电挟EUV领先量产优势,将横扫5G、AI等订单;
台积电明年上半年将独步同业,成为全世界第一家采用最先进的极紫外光(EUV)微影设备完成量产的晶圆代工厂, 助攻台积电横扫全球多数第五代移动通讯(5G)及人工智能(AI)关键芯片订单,稳坐全球晶圆代工龙头宝座。

EUV透过高能量、波长短的光源,解决既有显影技术瓶颈,是先进制程发展的关键设备,一台要价1亿欧元,晶圆代工厂导入EUV量产的时程,被业界视为技术领先的关键。


经济日报提供
台积电明年领先群雄,率先导入EUV量产,意味再次棒打英特尔、三星等劲敌,晶圆代工龙头地位屹立不摇。
台积电董事长魏哲家证实,台积电导入EUV的7nm强化版(7+)将于明年第2季量产,是全球首家采用EUV为客户量产芯片的晶圆代工厂。

稍早三星曾宣布取得苹果部分处理器订单,并宣称是全球第一家在7nm导入EUV量产的半导体厂。 魏哲家此言等于打脸三星,宣示台积电技术含金量远高于同业,凸显台积电在先进制程已赢得全球芯片大厂信任。

魏哲家不愿透露首批导入EUV设备量产客户,强调有多个产品导入7+FFT先进制程将会量产。 据悉,台积电将把EUV应用于2020年量产的5nm制程,并开始应用于3nm制程技术开发,业界预期,台积电挟EUV领先量产优势,将横扫5G、AI等订单。 经济日报
4.三大应用推波 GaN普及率节节高升;
氮化镓(GaN)已开始加速导入至各应用市场当中,其普及率也在这3~5年之间逐渐提升。 对此,GaN System台湾区总经理林志彦表示,服务器电源、电动车(EV),以及无线充电将是驱动GaN快速成长的三大关键市场。

林志彦指出,诸如Google、亚马逊(Amazon)、微软(Microsoft)等系统业者,过往皆采取12V的电源架构。 如今为了要提升电源使用效率,降低损耗以节省电费成本,皆纷纷转往48V的电源设计架构;而采用48V转1V的设计模式,不论是服务器电源系统、主板电源系统,首要克服的就是切换损耗。 因此,具备有高开关速度、低损耗特性的GaN,便成为首要选择。

另外,因应节能减碳,节能运输将成为主流趋势,电动汽车成长率也因而急速攀升。 目前各大车商都开始加速电动化时程,像是保时捷的目标是在2023年前将制造50%的EV车型;通用汽车,丰田和Volvo也宣布2025年实现销售100万辆EV的目标;BMW则表示到2025年将会提供25款电动车, 其中12辆将是全电动车等。

由此可见,发展电动车已是必然趋势,而如何使电动车达到最佳的电源转换效率,是目前各车厂的首要任务。 GaN能提供更低的开关损耗、更快的开关速度、更高的功率密度、更佳的热预算,进而提高电动汽车的功率输出和效能,且降低了重量和成本,因此已逐渐导入至电动车组件之中,像是DC-DC转换器,车载充电器(OBC)等。

至于在无线充电市场,捷佳科技股份有限公司总经理舒中和则透露,现今各种应用市场对功率的需求只会越来越大,而产品的功率规格需要提高时,系统的转换效率规格也必须相对提升。

以无线充电而言,电源转换(Power Conversion)于无线电源传输的设计会影响系统的总效率。 像是AC-DC、DC/Switching RF Amplifier、RF/DC Rectifier每一个建立区块(Building Block)都须考虑优化转换效率来解决系统散热问题。 当功率越大时,就需更高的转换效率来降低相对产生的热能。 如果需要缩小体积,对于系统设计来说,更是加倍的挑战。

总而言之,大功率小体积的设计挑战就是效率的问题,电源转换、高效能、低损耗的组件、线圈设计和阻抗匹配都是直接影响系统的总效率的因素,而GaN便在此当中扮演相当重要的角色。 GaN组件具有高开关速度、低损耗、小体积等优点,可满足大功率、小体积的无线传输研发;因此,无线充电也是推动GaN快速成长的主要应用市场之一。 新电子
5.2027年超越100亿美元!GaN和SiC功率半导体市场规模暴增
关键结论:
⚫  新兴市场碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率半导体预计将在2020年达到近10亿美元,推动力来自混合动力及电动汽车、电力和光伏(PV)逆变器等方面的需求。
⚫  SiC和GaN功率半导体在混合动力和电动汽车的主传动系逆变器中的应用,将导致2017之后复合年增长率(CAGR)超过35%,在2027年达到100亿美元。
⚫  到2020年,GaN-on-silicon (Si)晶体管预期将会达到与硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)持平的价格,同时也会提供相同的优越性能。一旦达到这个基准,2024年GaN电力市场预计将达到6亿美元,2027年攀升至17亿美元以上。
IHS Markit分析
对SiC行业持续强劲增长的预期很高,主要推动力是混合动力和电动汽车销售的增长。市场的渗透也在增长,特别是在中国,肖特基二极管、MOSFET、结栅场效应晶体管(JFET)和其他SiC分立器件已经出现在量产汽车DC-DC转换器、车载电池充电器之中。
越来越明显的迹象是,传动系主逆变器——采用SiC MOSFET,而不是Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)—将在3-5年内开始出现在市场上。由于非常多的设备用于主逆变器中,远远多于在DC-DC转换器和车载充电器中的数量,这就会迅速增加设备需求。也许在某个时间点,逆变器制造商最终选择定制全SiC功率模块,而不选择SiC分立器件。集成、控制和封装优化是模块化装配的主要优点。
不仅每辆车的SiC设备数量将会增加,而且对于电池电动汽车(BEV)和插电式混合动力电动汽车(PHEV)的新增全球注册需求也将在2017年和2027年之间增加10倍,因为全球许多政府都锁定目标降低空气污染,同时减少依赖燃烧化石燃料的车辆。中国、印度、法国、英国和挪威都已经宣布计划在未来数十年内禁止搭载内燃机的汽车,代之以更清洁的车辆。电气化车辆的前景一般来说将会因此而变得非常好,特别是对宽禁带半导体而言更是如此。
SiC
与第一代半导体材料Si和第二代半导体材料GaAs相比,SiC具有更优良的物理和化学性质,这些性质包括高热导率、高硬度、耐化学腐蚀、耐高温、对光波透明等。SiC材料优异的热学特性和抗辐照特性也使其成为制备紫外光电探测器的首选材料之一。此外,SiC基传感器能够弥补Si基传感器在高温、高压等恶劣环境下的性能缺陷,从而拥有更广阔的适用空间。以SiC为代表的宽禁带半导体功率器件是目前在电力电子领域发展最快的功率半导体器件之一。
SiC电力电子器件主要包括功率二极管和三极管(晶体管、开关管)。SiC功率器件可使电力电子系统的功率、温度、频率、抗辐射能力、效率和可靠性倍增,带来体积、重量以及成本的大幅减低。SiC功率器件应用领域可以按电压划分:
⚫低压应用(600 V至1.2kV):高端消费领域(如游戏控制台、等离子和液晶电视等)、商业应用领域(如笔记本电脑、固态照明、电子镇流器等)以及其他领域(如医疗、电信、国防等)
⚫中压应用(1.2kV至1.7kV):电动汽车/混合电动汽车(EV/HEV)、太阳能光伏逆变器、不间断电源(UPS)以及工业电机驱动(交流驱动AC Drive)等。
⚫高压应用(2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上):风力发电、机车牵引、高压/特高压输变电等。
GaN
GaN功率器件和其他类型的功率半导体用于功率电子领域。基本上,功率电子设备利用各种固态电子部件,在从智能手机充电器到大型发电厂的任何事物中,更有效地控制和转换电能。在这些固态部件中,芯片处理开关和电源转换功能。
对于这些应用而言,GaN是种理想的选择。GaN基于镓和III-V族氮化物,是一种宽带隙工艺,意味着它比传统的基于硅的器件更快,而且能够提供更高的击穿电压。
SiC器件获得成长的最大抑制因素可能是GaN器件。第一个符合汽车AEC-Q101规范的GaN晶体管在2017年由Transphorm发布,而且在GaN-on-Si外延片上制造的GaN器件具有相当低的成本,也比在SiC晶片上制造任何产品都更为容易。由于这些原因,GaN晶体管可能会成为2020年代后期逆变器中的首选,优于较昂贵的SiC MOSFET。
Transphorm创新的Cascode结构
近年来,有关GaN功率器件最有趣的故事是GaN系统集成电路(IC)的到来,也就是将GaN晶体管与硅栅驱动器IC或单片全GaN IC一同封装起来。一旦它们的性能针对移动电话和笔记本充电器和其他高容量应用得到优化,就很可能在更广泛的范围内大面积普及。相反,商业化的GaN功率二极管发展从未真正开始,因为它们未能提供相对于Si器件更为显著的益处,相关的发展已被证明太过昂贵而且不可行。SiC肖特基二极管已经很好地用于这一目标,并且具有良好的定价路线图。 世纪金光半导体
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