英飛凌科銳交易告吹 化合物半導體戰略意義重大

2月16日，全球LED照明巨頭Cree正式發布聲明稱將終止Wolfspeed電源和RF部門出售案件。

緣由是美國審查主管機關（CFIUS）認為此項併購案將構成美國國家安全風險，科銳（Cree）和英飛凌（Infineon）無法確定解決CFIUS關注的國家安全問題的替代方案，因此，擬議的交易將被終止。

此項收購案起於2016年7月14日，德國晶片廠商英飛凌（Infineon）宣布，將以8.5億美元的現金從美國LED大廠科銳公司（Cree）手中收購其Wolfspeed Power&RF部門。

此項收購最初來源於雙方意向高度契合。

英飛凌看重Wolfspeed碳化矽技術。

Woolfspeed是SiC功率及GaN-on-SiC射頻功率解決方案的主要供應商，其核心能力包括SiC晶圓基板製造以及射頻功率應用的SiC單晶氮化鎵層。

英飛凌認為其生產的SiC晶片在未來將逐漸取代傳統晶片，尤其是電動和混合動力汽車。

而科銳2015年9月宣布公司欲進一步專注於LED照明領域，分拆旗WolfspeedPower&RF 部門，更名為「Wolfspeed」（疾狼）公司，並計劃單獨上市。

Cree方面又宣布上市計劃推遲，後經過慎重的考慮及多方調查，Cree最終決定將Wolfspeed賣給Infineon。

與英飛凌的此次交易終止將觸發向Cree支付的終止費用1，250萬美元。

由於交易終止和Cree決定專注於運行Wolfspeed業務，Wolfspeed成為Cree持續運營的一個獨立部分。

此次併購的主角與其說是Infineon和Cree，不如說是化合物半導體碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）技術。

雖然Cree、Infineon並未說明美國政府為何會對這項交易持保留意見，但由於Wolfspeed生產的產品有具軍事用途的碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN），所以很可能是美國政府認定此案有威脅到其國防安全的可能。

這次併購案的失敗說明了化合物半導體材料於這些大國的戰略意義。

為了保護國防工業安全，不管收購方是任何外國廠商，美國都會謹慎考慮。

由此也可以看出化合物半導體未來前景可觀。

化合物半導體進化史

以矽材料為代表的代半導體材料的發展是從20世紀50年代開始的，目前矽材料仍是電子信息產業最為主要的半導體器件材料，三十矽材料帶隙（禁帶）較窄和擊穿電場較低等物理屬性的特點限制了其在光電領域和高頻高功率器件方面的應用。

20世紀90年代以來，隨著無線通信的飛速發展和以光纖通信為基礎的信息高速與網際網路的興起，以砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）為代表的第二代半導體材料開始嶄露頭角，進入化合物半導體時代。

化合物半導體是區別於矽（Si）和鍺（Ge）等傳統單質的一類半導體材料，主要包括砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）、氧化鋅（ZnO）等。

相對於矽材料，化合物半導體性能更加優異，製作出的器件相對於矽器件具有更優異的光電性能、高速、高頻、大功率、耐高溫和高輻射等特徵。

故GaAs出現後幾乎壟斷了手機製造中所有的功放器件市場。

第三代半導體材料市場的興起原因始於兩個契機。

，特殊場合要求半導體能夠在高溫、強輻射、大功率等環境下依然堅挺，、二代半導體材料便無能為力。

第二，半導體材料在生產中的主要污染物有GaAs、Ga3+、In3+等，人們試圖找尋一種既能滿足產品需求，又能不污染環境的新型半導體材料。

於是目光投向了有機半導體（在半導體材料中滲入有機材料如C和N）。

第三代半導體材料主要包括碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAS）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN），較為成熟的是碳化矽和氮化鎵被稱為第三代半導體材料的新星，而氧化鋅、金剛石、氮化鋁的研究尚屬起步階段。

現在已知的化合物半導體有600種以上。

根據StrategyAnalytic與SEMI的報告指出，憑藉著優異的性能特點，化合物半導體市場規模預計將在2020年成長至440億美元，年複合成長率（CAGR）為12.9%，遠優於單晶半導體的成長速度。

化合物半導體應用市場龐大

英飛凌此次意欲收購Wolfspeed，是看中其SiC及GaN技術在未來無線通信、消費電子、汽車電子、物聯網等領域的市場潛力。

GaN器件將主要應用於高速、高溫領域，市場預測，2019年GaN器件的市場規模將超過20億美元。

而SiC適用於電力電子器件產業，IHS預計預估全球碳化矽（SiC）與氮化鎵（GaN）功率半導體市場將由2015年的2.1億美元，先上揚為2020年的10億美元以上，然後於2025年飆升至37億美元。

而二代化合物半導體GaAs主要適用於高頻及無線通信領域中的IC器件，根據strategy Analytics的調查數據，全球GaAs半導體市場總產值約接近百億美元。

由於下游應用的驅動，技術和產業發展十分迅速，市場空間廣闊。

半導體照明

研究機構Strategies Unlimited發布的全球LED器件市場規模及預測顯示，2014年—2020年，LED器件市場將以4.5%的年均增長率增長，其中照明占比。

若用襯底材料來劃分藍光LED，那麼目前GaN基半導體主導藍光LED市場，剩下的則為藍寶石（（Al2O3）、SiC、Si以及AlN。

Cree公司LED照明產品一大優勢在於氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）等方面的材料技術與先進的白光技術，擁有1100多項美國專利和2800多項國際專利，使得英飛凌「垂涎」併購。

最突出的還是他們對藍光LED方面的貢獻，公司在SiC襯底上生長GaN外延片製作藍光上擁有專利。

不同於日亞以藍寶石為襯底生長GaN外延製作藍光的專利， GaN半導體材料能高頻高溫條件下能夠激發藍光，藍光是生成白光的基礎。

同時GaN基高亮度LED在能量轉換過程中不輻射熱量，並具有較長壽命。

另外由於可以激發螢光，GaN基LED亮度較普通照明提高5倍以上。

這在手機彩色顯示背景白光和汽車照明中頗具競爭力。

諸多汽車製造商開始運用GaN基高亮度LED來裝備車燈。

電力電子器件

我國將於2017年展開5G網絡第二階段測試，2018年進行大規模試驗組網，並在此基礎上於2019年啟動5G網絡建設，最快到2020年正式商用5G網絡。

射頻在通信行業中起到層連接的作用。

GaN高頻大功率微波器件已開始用於軍用雷達、智能武器和通信系統等方面。

在未來，GaN微波器件有望用於5G移動通訊基站等民用領域。

在5G時代，射頻元件的接收到發送基本上皆屬於高頻訊號，因此從有線到無線網路的射頻元件應用，主要都採用化合物半導體元件。

高頻段比如28GHz 在毫米波波段上有很多種技術在介入，包括GaAs 技術、GaN 技術、矽的CMOS 技術、InP技術。

同時5G 是多頻段的網絡，其中在3.5GHz 和4.5GHz 確定用GaN 技術，國內包括華為和中興已經開始在一些基站上採用GaN。

射頻元件中射頻功率放大器PA是化合物半導體應用的主要器件，可用於移動通信、導航設備、雷達電子對抗和空間通信。

Cree相關年報顯示受益於高端應用，其GaN 相關射頻和功率器件部門2013—2015年產值分別為0.89億、1.08億、1.24億美元，毛利率分別為54%、56.5%、54.7%。

5G時代其傳輸速度將是現行 4G LTE 的 100倍，包含更多更快的語音、視訊及數據網路的匯聚和傳輸，進一步推動數據流量的爆炸性成長，對於射頻的通訊連接功能需求隨之而起，驅動整體化合物半導體市場。

雷射器和探測器

在雷射器和探測器領域，InP和GaAs混晶是光通信半導體雷射器的主要材料，而目前GaN雷射器也已經成功用於藍光DVD。

藍綠光二極體和雷射器基本都運用有機金屬汽相外延（MOCVD）方法製作的，藍光和綠色的雷射進一步運用在微型投影、雷射3D投影等領域，存在巨大的市場空間。

2016年藍色雷射器和綠光雷射器產值約為2億美元。

研究機構分析，如果技術瓶頸得到突破，潛在產值將達到500億美元。

由於GaN優異的光電特性和耐輻射性能，其在高能射線探測器中也有很好的運用。

GaN基紫外探測器可用於預警、衛星秘密通信、各種環境監測、化學生物探測等領域，例如核輻射探測器，X射線成像儀等，但尚未實現產業化。

國內現在可小批量生產1.3W藍光和60mW綠光雷射器，392nm紫外雷射器發光效率達到80mW。

在普通非增益GaN紫外探測器方面，國內和國外水平相近，增益型日盲波段AlGaN APD增益可達1e5，成像面陣規模可以做到256×320以上，但相較國際水平仍有差距。

2014年諾貝爾獎獲得者中村修二認為下一代照明技術應該是基於GaN雷射器的「雷射照明」，有望將照明和顯示融合發展。

化合物半導體供給市場活躍

此次功率半導體英飛凌收購Woolfspeed失敗，但是此前2014年8月，英飛凌公司以30億美元收購美國國際整流器公司（IR），取得了其矽基GaN功率半導體製造技術；同年9月，設計和製造GaAs和GaN射頻晶片的RFMD公司和TriQuint公司宣布合併為新的RF解決方案公司Qorvo。

供給端不斷整合併購說明各大行業巨頭對化合物半導體未來巨大需求的看好，使得該行業未來呈現強者恆強趨勢。

GaAs器件供應格局

GaAs微波通信器件在移動終端的無線PA和射頻開關器領域占主導地位，未來高集成度和低成本製造將成為產業發展趨勢，在無線通信、消費電子、汽車電子、物聯網等應用領域將得到廣泛應用。

同時，GaAs基材料有望在集成電路10nm以下製程以及未來的光互連晶片中得到應用。

2015年全球GaAs微波通信器件市場規模達到86億美元，超過60%的市場份額集中於Skyworks、Qorvo、Avago三大巨頭，2020年，市場規模預計將突破130億美元。

GaAs產業代工製造模式逐漸興起，我國台灣穩懋、宏捷、環宇是主要的代工企業。

GaN器件供應格局

國外在氮化鎵單晶材料領域起步早，美國、日本、歐洲在GaN單晶材料研究方面都取得了一定的成果。

目前基於GaN的藍綠光LED產業發展較好，微波通信器件和電力電子器件產品尚未在民用領域廣泛應用。

藍寶石基GaN技術最成熟，Si基GaN可實現高集成性和低成本，目前Si基GaN技術以6英寸為主流。

全球GaN微波通信器件和電力電子器件的產值還很低，只有幾億美元，隨著技術水平的進步，2020年產值有望達到15億美元。

該領域美國一直處於領先地位，先後有TDI、Kyma、ATMI、Cree、CPI等公司成功生產出GaN單晶襯底。

日本住友電工（SEI）和日立電線（HitachiCable）已經開始批量生產GaN襯底，日亞（Nichia）、Matsushita、索尼（Sony）、東芝（Toshiba）等正開展了相關研究。

歐洲氮化鎵體單晶的研究主要有波蘭的Top-GaN與法國的Lumilog。

市調公司預測，2016～2020年GaN射頻器件市場將擴大至目前的2倍，市場複合年增長率（CAGR）將達到4%；2020年末，市場規模將擴大至目前的2.5倍。

未來氮化鎵將在新能源、智能電網、信息通信設備和消費電子領域將得到更廣泛應用。

現在部分公司已經實現了氮化鎵體單晶襯底的商品化，技術趨於成熟，下一步的發展方向是大尺寸、高完整性、低缺陷密度、自支撐襯底材料。

SiC器件供應格局

SiC基本形成了美國、歐洲、日本三足鼎立的局面。

目前SiC單晶襯底製造以4英寸為主流，並正向6英寸過渡，同時8英寸也已經問世。

產品主要以電力電子器件為主，SiC-SBD（肖特基二極體）技術成熟，已開始在光伏發電等領域替代Si器件，SiC-MOSFET性能突出，可大幅降低模組中電容電感的用量，降低功率模組成本。

SiC-IGBT未來將憑藉其優異的性能在大型輪船引擎、智能電網、高鐵和風力發電等大功率領域得到應用。

2015年，全球SiC電力電子器件市場規模達到近1.5億美元，預計2020年將達到10億美元。

目前可實現SiC單晶拋光片的公司有Cree、Wide-bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic，日本的Nippon、Sixon，芬蘭的Okmetic。

其中Cree（Wolfspeed部門）占據了SiC襯底90%的供應量。

SiC器件市場，科銳和英飛凌/IR兩家巨頭占據了70%的市場份額。

SiC電力電子器件在低電壓產品領域將面對GaN器件的激烈競爭，在PFC、UPS、消費電子和電動汽車等900V以下的應用領域，低成本的GaN器件將占據主要市場，SiC器件未來主要面向1200V以上的市場。

作為行業領跑者，Cree在化合物半導體領域建樹頗多。

Wolfspeed已經把化合物半導體技術成功在軍用通信、雷達、點對點無線電領域、寬頻放大器等高端領域。

此外電源管理也是Wolfspeed強項，公司將SiC運用於太陽能電池、新能源汽車充電、工廠設備充電、輕型交通運輸設備電池製造等。

SiC材料應用在太陽能領域可降低光電轉換損失25%以上，應用在新能源汽車領域可降低能耗20%，應用在工業電機領域可節能30%-50%，應用在高鐵領域，可節能20%以上，並減小電力系統體積。

此次的併購只是化合物半導體行業併購潮的「一粟」，該領域併購、合作或是授權代工的熱度一直不減。

以第三代半導體為例，1992年至2012年的案例達到25起。

英飛凌曾在2016年年報中提到，旺盛的需求端和Cree先進的化合物半導體技術和應用渠道本可成為英飛凌的新業績增長點，奈何此併購的破局使得希望破滅。

Cree稱合併失敗後，Wolfspeed將被Cree獨立出來，繼續專注以化合物半導體為「核芯」的電源管理和射頻領域。