“現在正處于從LDMOS轉到氮化鎵的時間窗口，但只有三年。”能訊半導體總經理任勉表示，在氮化鎵領域耕耘十二年，能訊半導體迎來關鍵時間節點，抓住5G基站建設機會，就可以在競爭中占據有利位置。

當前基站與無線回傳系統中使用的大功率射頻器件（功率大于3瓦），主要有基于三種材料生產的器件，即傳統的LDMOS（橫向擴散MOS）、砷化鎵（GaAs），以及新興的氮化鎵（GaN）。市場調研機構Yole（YoleDeveloppement）的2017年7月的報告預測，未來5到10年，砷化鎵在大功率射頻器件市場上所占比例基本維持穩定，但LDMOS與氮化鎵將呈現出此消彼長的關系。2025年，LDMOS占比將由現在的40%左右下降到15%，而氮化鎵將超越LDMOS和砷化鎵，成為大功率射頻器件的主導工藝，占比到2025年可達45%左右。2019年至2021年為5G基礎設施建設的關鍵期，也將是氮化鎵器件替換LDMOS的關鍵期。

GaN與LDMOS未來趨勢

數據來源:Yole

為何氮化鎵會取代LDMOS？

氮化鎵是寬禁帶工藝，其禁帶寬度（3.4eV）是普通硅（1.1eV）的3倍，擊穿電場是硅材料的10倍，功率密度高，可以提供更高的工作頻率、更大的帶寬、更高的效率，可工作環境溫度也更高。由于成本優勢，LDMOS在低頻仍有生存空間，但氮化鎵已經在向低頻滲透，例如在2.6GHz頻段，也開始出現氮化鎵方案。

“按照業界理解，3.5GHz是一個分水嶺，3.5GHz及以上頻率，氮化鎵工藝有全面的優勢，無論是帶寬、線性度、增益還是效率，硅器件都無法與氮化鎵競爭，”任勉分析道，由于工藝輸出功率特性限制，LDMOS在3.5GHz及以上頻率不能提供足夠大的功率，所以從3.5GHz到未來的毫米波，高頻應用中氮化鎵不是去替代LDMOS，而是開辟全新的市場空間，“往高頻走，氮化鎵是必然的選擇，因為需要更大的帶寬，更好的線性度，將來走MIMO（多入多出）方案，一臺基站里面就要用幾百個PA（功率放大器），5G和高頻化應用，讓氮化鎵大有用武之地。以前大家覺得射頻器件只是一兩百億（美元）的市場，規模不大，但5G時代不是，5G有小基站，基站部署數量將呈指數形式增長，所以5G時代，射頻器件產業將比以往大得多。”任勉認為，近年來的氮化鎵投資熱潮，即來自于對這一趨勢的認同。

成本曾是氮化鎵取代LDMOS的最大障礙，如今這一障礙正在逐漸消失。氮化鎵工藝常用襯底有兩種，一種是用硅材料，一種是用碳化硅材料。除了MACOM，主流氮化鎵器件公司都采用碳化硅襯底，基于碳化硅襯底的氮化鎵器件比硅襯底氮化鎵器件性能更好，良率更高，更能體現氮化鎵材料優勢，但碳化硅襯底成本更高。

能訊半導體生產的氮化鎵器件

及參考設計

不過襯底成本正在伴隨制造工藝的進步而快速下降，大尺寸襯底均攤成本更低。據任勉介紹，采用6英寸碳化硅襯底制造出的器件，襯底成本占整個器件成本比例已經不到10%。“氮化鎵主要用金屬陶瓷封裝，封裝成本占到整個器件成本的三分之一到一半，這是很可怕的成本，所以業界在拼命努力開發各種降低成本的封裝方式，”任勉表示，封裝的成本更值得關注，業界已經在嘗試純銅、塑封、空腔塑封等形式來替代金屬陶瓷封裝，但由于金屬陶瓷封裝在性能、散熱與可靠性上的優勢，仍然是氮化鎵器件的首選封裝。

為何氮化鎵產業更適合IDM模式？

氮化鎵封裝成本高，建設封裝產線的投入也很大，據任勉估算，100萬支產能的金屬陶瓷封裝線，僅設備投入就要六七千萬元，但能訊還是自建了封裝線，這樣可以保證產品一致性，也符合通訊設備商對其關鍵元器件供應商的在產品質量方面的要求。

事實上，從材料襯底外延、芯片制造，到最終的封裝測試，三大制造環節能訊全部都做，即所謂的整合元件制造商（IDM）模式。“材料結構與工藝密切相關，而工藝又決定了產品最終的電學性能，材料、設計、制造與封測一體相關，所以氮化鎵行業基本以IDM為主導，設計公司暫時還不太有市場。”任勉告訴TechSugar，現階段只有IDM模式最適合氮化鎵產業。射頻與功率器件集成度不高，設計變化不多，設計環節附加值較低，再加上現在氮化鎵產業本身規模不大，因此設計業很難獨立生存。

不過任勉也表示，高頻率器件或毫米波等應用普及以后，隨著市場規模增大，代工模式將有可生存的空間。

如前所述，因為材料、工藝與設計緊密結合是射頻或功率器件競爭的主導性因素，所以全球成功的射頻或功率器件公司，多數都采用IDM模式，IDM模式對產品全流程的管控能力更高，但所有產線都自己來建設，進入門檻很高。

能訊半導體廠房內部

除此之外，能訊在氮化鎵電力電子領域進行了技術儲備。能訊的“訊”代表通信，而“能”則代表能訊關注的另一個方向，即電力電子領域的功率應用。相比硅器件，氮化鎵做功率器件也有諸多優勢，但氮化鎵在電力電子領域應用的技術路線現在尚未確定，所以在電力電子領域，能訊維持研發投入，目前尚無量產計劃。

能訊半導體從成立到現在已經進行了三輪融資，總共投入約10億人民幣，其第一規模工廠（FAB1）位于蘇州昆山高新區，工廠占地55畝，廠房面積為18000平方米，經過第三輪5億元融資后，現有產線改造擴容結束將具備年處理4英寸氮化鎵晶圓5萬片（約折合2000萬支器件）的能力。如果氮化鎵器件能在5G市場部署時如期爆發，能訊將會規劃建設第二個工廠，第二工廠必然會建6英寸產線，屆時投入將會是一廠的三倍以上。

為何現在進入氮化鎵射頻市場機會已經不大？

但在氮化鎵領域，即便資金不是問題，也不意味著就能勝出，時間窗口至關重要。即使完全不考慮資金限制，從無到有建設一條能量產出貨的氮化鎵產線也需要五年左右時間。“從拿地開始算，做完廠區設計及建設，到可以進設備至少需要兩年；從進設備到工藝走通實現量產，至少需要一年時間；產品可靠性穩定，至少一年時間；客戶認證，一年左右時間，加起來就是五年。而且各階段環環相扣，很難同步進行，”談及產線建設，任勉如數家珍，“工藝調不通無法做可靠性，可靠性不穩定，不敢拿給客戶做認證，這五年時間誰都省不掉。所以，能訊并不擔心其他企業一擁而上做氮化鎵，如果你現在剛開始做，等五年以后再談與我們競爭。后來者一定要想清楚，自己真正的優勢在哪里。”

能訊半導體廠貌

任勉強調，就芯片產品而言，只有解決可制造性、可靠性與可應用性，技術才能落地，在實驗室做得很好的產品，到最終大規模量產被客戶接受，要跨越的距離遠超很多技術專家的想象。國內產業發展多見一窩蜂上的現象，但在半導體市場，不尊重行業規律盲目投資，很難獲得想要的收益。

即使不考慮后來者，當前射頻氮化鎵市場廠商競爭也非常激烈，面對5G設備部署良機，住友、科銳、恩智浦、英飛凌、Qorvo等國外巨頭再加上國內能訊、13所、55所等近十家廠商誰都不會退讓。大家都加大投入賭這次機會，氮化鎵排名前幾的廠商，性能指標交替發展，“沒有哪一家永遠第一，廠商各領風騷一段時間，”任勉認為，亂世之爭很可能在三年后結束，而且市場格局一旦建立，就很難打破。

任勉判斷，未來氮化鎵市場很有可能只有4-5家能生存下來，只有進入前三，才能獲得較好的投資效益。拼到前三的方法，任勉總結為兩點：技術領先與快速上規模。經過12年研發、產能建設與經驗積累，能訊半導體已經開始出貨給通信設備廠商，移動通信每一次更新換代，都是一次洗牌的機會，5G設備換代將是能訊半導體沖擊世界品牌的最好機會，不容有失。

雖然多次強調危機感，但任勉對活下來顯然也很有信心，他說：“在射頻領域為中國半導體立一塊品牌，是能訊的理想。”