Volgens bronnen die bekend zijn met de zaak, werft Huawei de laatste tijd mensen aan voor het onderzoek en de ontwikkeling van vermogenscomponenten, waaronder gangbare vermogenscomponenten zoals IGBT's, MOSFET's, SiC en GaN. Het team zou momenteel honderden mensen tellen. Het is geen geheim dat Huawei zijn eigen vermogenscomponenten ontwikkelt. Welke grote rol speelt Huawei dan in het onderzoek en de ontwikkeling van deze vermogenscomponenten? (De inhoud is overgenomen van het openbare account [Semiconductor Industry Observation] ID: icbank Auteur: Du Qin DQ)

 

Waarom zouden we aandacht besteden aan elektrische apparaten?

We weten allemaal dat Huawei erg goed is in het maken van chips, en dat de Kirin-chips vergelijkbaar zijn met, of zelfs beter dan, die van Qualcomm en Apple. Maar in feite zijn vermogenscomponenten ook een zeer belangrijk onderdeel van halfgeleiders. Vermogenscomponenten vormen de kern van de energieomzetting en circuitbesturing in elektronische apparaten. Het zijn de kerncomponenten die functies zoals spanning, frequentie en gelijkstroom-naar-wisselstroomomzetting mogelijk maken. Het gaat hierbij hoofdzakelijk om diodes, thyristoren, MOSFET's en IGBT's. Technologieën zoals diodes en thyristoren zijn echter relatief oud en worden door grote fabrikanten steeds minder gebruikt. Naarmate vermogenshalfgeleiders zich steeds verder ontwikkelen richting hogere spanningen en hoge frequenties, naderen traditionele op silicium gebaseerde vermogenshalfgeleiders en hun materialen hun fysieke grenzen. Bovendien zijn samengestelde halfgeleiders van de tweede generatie niet geschikt vanwege de kosten en toxiciteit. Grote internationale fabrikanten hebben de toekomst van de industrie gericht op samengestelde halfgeleiders van de derde generatie. Men kan stellen dat de derde generatie halfgeleiders de ontwikkelingsrichting is voor vermogenscomponenten in de toekomst. De twee nationale sessies zijn onlangs afgesloten en halfgeleiders van de derde generatie (GaN en SiC) zijn opnieuw een van de sleutelwoorden van de twee sessies geworden. Tijdens de twee sessies zei Wang Wenyin, lid van het Nationaal Comité van de Chinese Volksraadgevende Conferentie, in een interview dat de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie in zijn land een feit is geworden nu de derde generatie halfgeleiderindustrie zich uitbreidt naar belangrijke gebieden zoals 5G-basisstations, ultrahoogspanning, interstedelijk hogesnelheidsspoorvervoer en laadpalen voor nieuwe energiebronnen. Volgens de prognose van TrendForce Consulting zal de omzet van GaN-communicatie- en vermogenscomponenten in 2021 respectievelijk 680 miljoen dollar en 61 miljoen dollar bedragen, een jaarlijkse stijging van 30.8% en 90.6%. Voor SiC-componenten wordt geschat dat de omzet in de vermogenssector in 2021 680 miljoen dollar zal bereiken, een jaarlijkse stijging van 32%. China is 's werelds grootste verbruiker van elektrische apparaten. Het algehele zelfvoorzieningspercentage van huishoudelijke energieapparaten is minder dan 10%. Er is enorm veel ruimte voor binnenlandse alternatieven, vooral voor hoogwaardige apparaten. Laten we eens kijken hoe populair GaN is. Volgens berichten in de Taiwanese media in februari van dit jaar kocht TSMC 16 GaN-gerelateerde apparaten, wat meer dan twee keer zoveel is als de 6 apparaten die de bestaande zes-inch fabriek heeft. Dit komt neer op een verhoging van de productiecapaciteit tot meer dan 10,000 stuks, wat aantoont hoe groot de vraag van klanten is. GaN-leverancier Nanosemiconductor, tevens een belangrijke klant van TSMC, heeft onlangs bekendgemaakt dat het een nieuw leveringsrecord heeft gevestigd en met succes meer dan 13 miljoen GaN-vermogens-IC's op de markt heeft gebracht, zonder dat er ook maar één product defect is geraakt. Dit geeft aan dat de wereldwijde markt voor mobiele consumentenelektronica de toepassing van GaN-chips versnelt om snel opladen van mobiele apparaten en aanverwante apparatuur mogelijk te maken. In februari 2020, tijdens de lanceringsconferentie van de Xiaomi 10, werd de GaNFast galliumnitride-vermogenschip van Nanomicro voor het eerst gebruikt in Xiaomi's 65W galliumnitride-oplader, waarna GaN de aandacht van het publiek trok. De Xiaomi Mi 11 staat op het punt om op de markt te komen met een nieuwe versie van 55W GaN-snelladen. Deze oplader wordt meegeleverd met Xiaomi Mi 11 smartphones wanneer deze in het buitenland worden gelanceerd. Volgens Gene Sheridan, CEO en medeoprichter van Navitas, heeft de buitenlandse versie van de standaard 55W Nano GaNFast galliumnitride-oplader van de Xiaomi Mi 11 een Europese standaard 2-pins AC-stekker. Dit wijst erop dat grote smartphonefabrikanten galliumnitride-technologie zijn gaan toepassen en dat de industrie is begonnen met het uitfaseren van oude, trage siliciumchips.

Pak zowel IGBT als SiC.

Wat betreft IGBT's en SiC, heeft de industrie altijd een verborgen zorg gehad. Naarmate IGBT's geleidelijk de prestatielimiet van siliciummateriaal naderen, wordt het halfgeleidermateriaal van de derde generatie, SiC, gezien als een nieuwe uitdager voor IGBT's in toekomstige elektrische voertuigen. Volgens analyses van experts uit de industrie is "SiC echter als een slimme en eigenzinnige tiener met uitstekende voordelen en even grote nadelen. IGBT is meer als een stabiele en volwassen jongeman die de last van vermogenscomponenten kan dragen." Gezien de verschillende taakverdeling tussen de twee is Huawei's tweeledige aanpak met IGBT's en SiC dan ook een verstandige keuze. Het eerste vermogenscomponent dat Huawei naar verluidt zou gaan produceren, was de IGBT. De IGBT is het kernonderdeel voor energieomzetting en -overdracht, algemeen bekend als de "CPU" van vermogenselektronica. Als toonaangevend bedrijf in UPS-voedingen heeft Huawei het grootste marktaandeel in wereldwijde datacenters, waardoor de IGBT een kerncomponent is van Huawei's UPS-voedingen. Bovendien wordt IGBT, als nationale strategische opkomende industrie, veelvuldig gebruikt in spoorvervoer, slimme netwerken, de lucht- en ruimtevaart, elektrische voertuigen en apparatuur voor nieuwe energiebronnen, en andere sectoren. Met de ontwikkeling van elektrische voertuigen, spoorvervoer en slimme netwerken is de vraag naar IGBT's aanzienlijk toegenomen. Vermogenscomponenten vormen een van de kerncomponenten in het elektronische besturingssysteem van elektrische voertuigen. De waarde van vermogenscomponenten in elektrische voertuigen is meer dan vijf keer zo hoog als in traditionele voertuigen op verbrandingsmotoren. Met name IGBT's vertegenwoordigen ongeveer 37% van de kosten van het elektronische besturingssysteem van elektrische voertuigen. Naast IGBT's ontwikkelt Huawei naar verluidt ook SiC. De afgelopen twee jaar zijn autofabrikanten, vanwege de unieke en uitstekende eigenschappen van SiC, steeds vaker SiC-componenten gaan gebruiken. Iedereen is bekend met de strategie van Huawei in de auto-industrie. Huawei bouwt zelf geen auto's, maar richt zich op ICT-technologie om autofabrikanten te helpen bij het bouwen van goede auto's. Huawei streeft ernaar een toeleverancier van incrementele componenten te worden voor intelligente, verbonden voertuigen. Onderzoek en ontwikkeling van IGBT's en SiC is dan ook een belangrijke stap voor Huawei om een ​​leverancier van auto-onderdelen te worden. Voorlopig worden vermogenshalfgeleiders voor auto's nog steeds gedomineerd door siliciumgebaseerde IGBT's, terwijl SiC-gebaseerde MOSFET's de toekomst vertegenwoordigen vanwege hun betere prestaties. De grootste belemmering voor hun huidige toepassing is echter de hoge kostprijs. Naarmate accupakketten voor voertuigen groter worden en het maximale vermogen/piekkoppel van motoren steeds hoger, worden de voordelen van SiC-gebaseerde MOSFET's steeds belangrijker. SiC-vermogenscomponenten worden ook steeds vaker toegepast in laadstations voor elektrische voertuigen. Veel fabrikanten hebben SiC-vermogenscomponenten op de markt gebracht voor laders van elektrische voertuigen zoals hybride en elektrische voertuigen. Volgens statistieken van Yole kan deze markt tot 2023 een groeipercentage van 44% behouden.    

De langetermijnontwikkeling van SiC-vermogens (Bron: Yole)Op het gebied van investeringen investeerde Hubble Technology Investment Co., Ltd., een dochteronderneming van Huawei, vorig jaar in Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co., Ltd., China's toonaangevende producent van siliciumcarbide, een halfgeleidermateriaal van de derde generatie, en verwierf daarmee een belang van 10%. In juli 2020 investeerde Huawei ook in Dongwei Semiconductor, dat zich voornamelijk richt op drie productseries: de hoogspanningsserie GreenMOS, de midden- en laagspanningsserie SGTMOS en de IGBT-serie. Deze series worden veelvuldig gebruikt in snelladers, laadpalen, schakelende voedingen, gelijkstroommotoraandrijvingen en fotovoltaïsche omvormers.    

Planning voor GaN

Volgens de voorspelling van Yole zal GaN voornamelijk worden gebruikt in consumentenelektronica, auto-elektronica, telecommunicatietechnologie, enzovoort. Op het gebied van galliumnitride is de belangrijkste trend in GaN-componenten de integratie van system-in-package- of system-on-chip-oplossingen. GaN-vermogenscomponenten worden voornamelijk verkocht aan de elektronicamarkt. Voor de consumentenmarkt is dit een duidelijke technologische trend. Een typisch voorbeeld hiervan is snelladen. Een snellaadmodule bestaat hoofdzakelijk uit twee kerncomponenten: een IC-chip voor vermogensbeheer en een discrete vermogenscomponent. De eisen voor snelladen zijn vermogensdichtheid en efficiëntie. Bedrijven moeten het systeem dus zo compact mogelijk maken en de prijs per vermogen in deze vormfactor verlagen.    

Figuur 2: Markt voor GaN-vermogen (Bron: Yole)  
Naarmate de GaN-technologie zich verder ontwikkelt, kan deze technologie het mogelijk maken om gestroomlijnde componenten te ontwikkelen met betere afmetingen, een lager gewicht, enzovoort. door slim ontwerp. Bovendien schakelen GaN-componenten, vergeleken met gewone siliciumcomponenten, tien keer sneller en kunnen ze bij hogere temperaturen werken. Daarom is de toepassing van GaN op het gebied van USB PD-snelladen zeer gangbaar geworden. Op 8 april 2020, tijdens de productlancering van Huawei voor het voorjaar van 2020, introduceerde Huawei één oplader: een 65W GaN (galliumnitride) dual-port oplader. Destijds gingen er geruchten dat Huawei het zelf aan het ontwikkelen was, maar de werkelijke situatie moet nog worden onderzocht. Mensen die bekend zijn met de toeleveringsketen van Huawei wezen er echter op dat Huawei een sterke positie heeft in de GaN-sector. Momenteel zijn er veel fabrikanten op de markt die GaN-snelladen toepassen, zoals Power Integration, Inc., Navitas en Innoscience, de drie belangrijkste leveranciers. Naast Huawei HiSilicon hebben veel Chinese bedrijven, waaronder Haite High-tech, Hailu Heavy Industry, Suzhou Jingzhan, Jiangsu Huagong, Chongqing China Resources Micro en Hangzhou Silan Micro, actief halfgeleiders van de derde generatie ingezet. De verwachting is dat de wereldwijde markt voor GaN-snelladers, naarmate de vraag van gebruikers naar draagbaarheid toeneemt, in 2025 meer dan 60 miljard yuan zal bereiken. Dit zal tevens de vervanging van op silicium gebaseerde producten door GaN-chips in andere opkomende sectoren versnellen. Naast snelladen in de consumentenelektronica zijn discrete GaN-componenten ook beter geschikt voor toepassingen met een hoog vermogen, zoals datacenters of voedingen voor basisstations. In juni 2020 kondigde Huawei aan dat het een onderzoeks- en ontwikkelings- en productiebasis voor opto-elektronica in het Verenigd Koninkrijk zou vestigen. De eerste fase van het project zal zich richten op de R&D en de productie van optische apparaten en optische modules. Door de functies onderzoek en ontwikkeling (R&D) en productie te integreren, kunnen we de productontwikkeling en commercialisering versnellen en producten efficiënter op de markt brengen. Opto-elektronica is een sleuteltechnologie voor glasvezelcommunicatiesystemen, en de grote investering van Huawei in het Verenigd Koninkrijk is erop gericht de toepassing van gerelateerde technologieën in wereldwijde datacenters en netwerkinfrastructuren te bevorderen. Op het gebied van opto-elektronica zijn GaN's lage energieverbruik en hoge lichtopbrengst gunstig voor LED's en ultraviolette lasers. Diep-ultraviolette lichtemitterende diodes (LED's) op basis van GaN-halfgeleiders vormen de belangrijkste ontwikkelingsrichting voor ultraviolette desinfectielichtbronnen. Hun lichtbronnen zijn klein van formaat, zeer efficiënt en hebben een lange levensduur. Een chipmodule ter grootte van een duimdop kan sterker ultraviolet licht uitstralen dan een kwiklamp. Op het gebied van radiofrequentie-GaN heeft Huawei enkele jaren geleden galliumnitride-vermogensversterkers gebruikt in zijn 4G LTE-basisstations. Met de komst van 5G krijgt GaN steeds meer potentie, omdat de vermogensdichtheid van GaN bij hoge frequenties nog steeds uitstekend is in vergelijking met LDMOS, en de toegevoegde waarde ook toeneemt. Volgens de data-voorspelling van Yole (figuur 2) neemt de toepassing van GaN in datacenters langzaam toe. Ezgi Dogmus, technologie- en marktanalist bij Yole, zei dat dit komt door het gebrek aan regelgeving. Als de overheid het toezicht op datacenters verscherpt om het energieverbruik te verminderen, zal de penetratiegraad van GaN in datacenters hoger worden. Naarmate de eisen aan hoge efficiëntie toenemen, speelt galliumnitride een belangrijke rol ten opzichte van silicium, dat nog steeds aan de huidige eisen voldoet. In de automobielindustrie, waar steeds meer componenten van GaN in auto's worden gebruikt, wordt de rol van GaN steeds belangrijker. Op 11 augustus 2020 onthulde Wang Jun, president van de Huawei Smart Car Solutions Business Unit, tijdens het 12e Automotive Blue Book Forum dat Huawei momenteel bezig is met de ontwikkeling van lidar-technologie. De vooruitgang in GaN-transistoren is essentieel gebleken voor de ontwikkeling van uiterst nauwkeurige lidar-systemen. LiDAR-systemen zenden lichtpulsen uit met behulp van verticaal-holte-oppervlakte-emitterende lasers (VCSEL's). Deze vereisen een krachtige elektrische aansturing en zijn zeer snel met korte stijg- en daaltijden. Dit is een van de redenen waarom galliumnitride voordelen biedt voor lidar-systemen. Galliumnitride schakelt veel sneller dan silicium-FET's, waardoor korte pulsbreedtes bij hoge stromen mogelijk zijn. Deze eigenschap is cruciaal voor lidar, omdat kortere pulsbreedtes een hogere resolutie mogelijk maken en hoge pulsstromen lidar-systemen in staat stellen verder te kijken.

De algemene situatie van binnenlandse vermogenshalfgeleiders

Laten we tot slot een systematische blik werpen op de industriële keten van binnenlandse vermogenshalfgeleiders, met name IGBT's, SiC en GaN. Allereerst bekijken we de gehele IGBT-industrieketen. De binnenlandse IGBT-productie is in principe al in de gehele industrieketen opgenomen, van chipontwerp en waferproductie tot moduleverpakking, maar bevindt zich nog in een beginfase. Met name de waferproductie, het dunner maken van de backplane en de verpakkingsprocessen vormen de grootste knelpunten in de IGBT-productietechnologie, en op dit gebied bestaat er een grote achterstand ten opzichte van het buitenland.

Het in kaart brengen van de gehele binnenlandse IGBT-industrieketen (Tabel: Observaties in de halfgeleiderindustrie)  
Op het gebied van siliciumcarbide (SiC) wordt China, zowel wat betreft SiC-substraat als epitaxie, nog steeds gedomineerd door 4-inch producten. 6-inch producten worden weliswaar in kleine oplages ontwikkeld en geleverd, maar over het algemeen zijn er, vergeleken met andere landen, lacunes in alle schakels van de waardeketen van de Chinese siliciumcarbide-industrie. Het algehele niveauverschil kan oplopen tot zo'n 5 jaar. Vergeleken met de meest geavanceerde buitenlandse producten lopen Chinese SiC-diodes ongeveer één generatie achter, oftewel 2 tot 3 jaar. Dit verschil is niet bijzonder groot en een inhaalslag is in de nabije toekomst zeker mogelijk. Dit vereist echter gezamenlijke inspanningen van zowel de toeleveranciers als de afnemers in de gehele Chinese waardeketen.

Het in kaart brengen van de gehele binnenlandse SiC-industrieketen (Tabel: Observaties in de halfgeleiderindustrie)Volgens het rapport "Global Forecast 2023 Gallium Nitride Semiconductor Device Market" van RESEARCH AND MARKETS zal de markt voor galliumnitride-halfgeleiders naar verwachting groeien van 16.5 miljard dollar in 2016 tot 22.47 miljard dollar in 2023, met een samengestelde jaarlijkse groei van 4.51%. De GaN-industrieketen omvat upstream-materialen (substraat en epitaxie), midstream-apparaten en -modules, en downstream-systemen en -toepassingen. Gedreven door de geleidelijke groei van de binnenlandse GaN-markt, is een groot aantal fabrikanten actief geworden in alle schakels van de upstream-, midstream- en downstream-keten.  
 

Het in kaart brengen van de gehele binnenlandse GaN-industrieketen (Tabel: Observaties in de halfgeleiderindustrie)     

Conclusie

Over het algemeen wordt de buitenlandse activiteiten van Huawei belemmerd door de huidige internationale situatie. De opkomende automobielsector is echter een doorbraak voor Huawei in zijn groeistrategie en wordt steeds belangrijker voor de bedrijfsactiviteiten van het bedrijf. De intrede in de markt voor vermogenscomponenten, zoals IGBT's, SiC's en GaN's, vormt een bouwsteen voor de identiteit van Huawei als leverancier van auto-onderdelen. Dankzij de superieure eigenschappen van deze vermogenscomponenten kan het bedrijf deze vervolgens inzetten voor eigen apparatuur, zoals de voeding van basisstations, snelladen, onderzoek en ontwikkeling van opto-elektronica en andere toepassingen.    

Momenteel staan ​​we er goed voor op het gebied van halfgeleidervermogenscomponenten van de derde generatie, zowel wat betreft de ontwikkeling van binnenlandse als buitenlandse technologieën en de aandacht die het land eraan besteedt. De meeste binnenlandse experts staan ​​ook positief tegenover de ontwikkeling van de derde generatie halfgeleiders in ons land. De materialen van de derde generatie halfgeleiders bieden ons een goede kans om de passieve positie van geïntegreerde schakelingen te doorbreken en een inhaalslag te maken op het gebied van chiptechnologie. Een capabel bedrijf als Huawei zou het voortouw moeten nemen en de opkomst van de binnenlandse halfgeleidersector moeten aanjagen!

Disclaimer: Dit artikel is overgenomen van de "Power R&D Alliance", die de bescherming van intellectuele-eigendomsrechten ondersteunt. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.

Telefoonnummer van het bedrijf: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li

Vraag: 332496225 Manager Qiu

Adres: Kamer 809, Gebouw C, Zhantao Technologiegebouw, Minzhilaan 1079, Longhua Nieuw District, Shenzhen