优化衬底将在中国市场全面“开花”

半导体行业近两年发展速度迅猛，据估计2020-2030的十年时间内，半导体行业将增长2.2倍。届时行业将围绕智能手机、汽车、物联网、云及基础设施四大市场和5G、人工智能、能源效率三大趋势发展。

惊人的增速之下，半导体行业亟待颠覆性解决方案。反观半导体器件的演进一直以来都遵循着“PPACT”的规律，即性能（Perfomance）、功耗（Power）、上市时间（Time-To-Market）、所占面积（Area Cost）。

为了实现这种进化，行业正面临挑战，包括超越摩尔定律、新型体系架构、新型结构/3D，新型材料、缩减尺寸的新方法、先进的封装技术。

优化衬底便是突破限制和挑战的好方法，通过从晶圆这片“源头”入手，改善晶体管的性能，为后续设计和流片打好“地基”。近日，半导体优化衬底商Soitec展望其在2021年的计划，21ic中国电子网记者受邀参加此次媒体交流会。

由5G撬动的市场增长

5G是优化衬底目前需求增长最大的市场之一，凭借其10倍的速度、10倍的相应时间、10倍的连接设备数量、100倍的网络容量，5G迎来了大规模部署。

数据显示，2020年5G手机销量约为2亿台，建成约20万个5G基站。据Soitec全球战略负责人Thomas Piliszczuk预测，2023年5G手机的销售量将占比50%，2025年全球将有超过55%的区域实现5G覆盖。

5G这项技术不仅可以用于智能手机，也可用在汽车、IoT、制造上实现万物互联的特性，这些领域也将凭借5G发挥更好地生产力和质量更高的服务。Thomas Piliszczuk强调，5G的垂直、衍生技术、应用和频谱将持续发展，5G也将驱动创新促使智能手机升级并助力其他行业转型。

2G时代伴随Wi-Fi首次面市，SOI天线开关的应用，RF-SOI从开关的备选逐渐成为行业标准解决方案，根据Soitec预测此时RF-SOI应用面积仅为1m㎡。历经3G、LTE、LTE-A、LTE-A-Pro直至5G时代的变迁，Soitec预测5G sub-6GHz&mmW应用时期，采纳RF-SOI和FD-SOI应用总面积将达到130m㎡。值得一提的是，伴随着5G的到来，FD-SOI、POI技术也逐渐引入智能手机，优化衬底市场正随着5G到来而迎来新的“黄金期”。

由汽车衍生的动能革新

汽车行业也是急需晶圆优化衬底的行业之一。目前来说，汽车行业正朝向CASE（C：互连、A：自动化、S：共享、E:电动化）发展，庞大市场背后是巨大的“胃口”，在性能、功耗、面积上会拥有更加严苛的要求。

数据显示，2026年5G汽车销量将达到2700万辆，2028年全球共享车队数量将达到100万辆，2030年L3及以上车型销量700万辆，2030年全球电动汽车销量将达到4500万辆。

CASE之下，整车的BOM中电子系统的占比逐渐增大，自2019年至目前车型对比增加28%~44%。Thomas Piliszczuk强调，这些增长并不仅是应用面积的增长，也有新应用种类及新芯片种类的增长。

2019年Soitec在Power-SOI、FD-SOI、RF-SOI总应用面积达到150m㎡；2020-2022年POI将引入汽车应用，相关SOI应用将扩大范围，总应用面积将跃升至276 m㎡；2022年及未来SiC/GaN Power将为EV动力系统带来新“动能”，总应用面积将跃升至2011 m㎡。

从技术到产品的自由组合

“优化衬底对行业是特别重要的，且会成为行业的标准，就比如说5G领域”，Soitec 首席运营官兼全球业务部主管Bernard Aspar强调，Soitec的工作方式就是与整个生态系统进行合作，包括直接客户及客户的客户，这样才能保证对整个产业所面临的挑战有更深刻的了解。

从技术方面来讲，目前Soitec拥有四项核心技术包括Smart Cut™（智能剥离技术）、Smart Stacking™（智能叠加技术）、Epitaxy（外延技术）、Compound Semiconductor（化合物半导体技术）。“

几项技术之间是存在互相联系的，通过综合地运用这几个技术可以实现不同材料的堆叠，打造新产品。Soitec不仅在每项技术上都是领先者，在各项技术的搭配应用上也是领先者”，Bernard Aspar表示，正因Soitec拥有不同技术，所以才能生产多种优化衬底。凭借领先技术优势，Soitec可根据需要解决的挑战或需要满足的市场需求，生产出不同的衬底。

他为记者举了几个例子表示，利用技术的优化组合，再利用硅材料，可以开发出SOI类的产品；利用压电材料，可以生产出POI（压电绝缘体）；用碳化硅材料或者是氮化镓材料，也可生产基于它们的相应的产品。“对于Soitec来说，我们要做的就是从充分理解行业的需求和客户的需求，来做出适应需求的优化衬底。”

从产品方面来讲，Soitec提供丰富的SOI相关产品，覆盖硅基、非硅基领域。具体包括FD-SOI（处理器&SoC连接）、RF-SOI（射频前端模块）、Power-SOI（功率）、Photonics-SOI（光电）、Imager-SOI（成像）的SOI产品；POI（压电绝缘体）和GaN（氮化镓）的压电及化合物产品。

优化衬底业务将全线“开花”

在RF-SOI业务单元方面，Bernard Aspar表示2020年全球智能手机市场同比上一年下降约10%，预测2021年全球智能手机将出现强劲反弹。这是因为5G对于RF-SOI用量更大，包括智能手机的Sub-6 GHz、毫米波和Wi-Fi 6三个部分。

数据显示，5G手机中RF-SOI采用面积相比4G含量增高60%，比中端手机至多可高100%，由此便引发了200mm和300mm节点RF-SOI的需求旺盛。Bernard Aspar强调，Soitec技术领先，制定涵盖高端和低端细分市场的产品路线图，满足5G sub-6 GHz、mmW及 Wi-Fi 6的需求。

在FD-SOI业务单元方面，Bernard Aspar表示：“FD-SOI将继续扩大在超低功耗的应用，驱动增长的因素主要是5G、边缘计算、汽车，同时FD-SOI的采用率上升也受益于越来越多的技术需要超低功耗的能力。此外，由于可以通过AI管理的射频到比特流SoC以及新一代的Soitec技术为云端添加无线电连接，这也带动了一系列FD-SOI的应用。”

莱迪斯的CrossLink FPGA平台、意法半导体的Stellar MCU平台、格芯的22FDX RF+、三星的FD-SOI+eMRAM都是FD-SOI助力代工厂的成果。根据Bernard Aspar的介绍，目前代工厂正在研发18nm和12nm工艺节点的产品。

在Specialty-SOI业务单元方面，Bernard Aspar介绍表示，Power-SOI主要用于汽车市场，经历2020年的市场疲软后，未来市场将迎来复苏。另外，Soitec将签署长期合同确保客户合作，300mm产品的供应延迟。

Imager-SOI主要用于面部识别，该技术将伴随高端智能手机的需求不断发展，利用其优势来满足智能手机对于3D传感的高标准要求。

Photonics-SOI主要用于数据中心光学收发器，其在IDM和代工厂的100G收发器上有稳定的需求，400G硅光器件和共同封装光学器件的发展也将持续增强数据中心供应。

在滤波器业务单元方面，Bernard Aspar预测5G Sub-6 GHz的采用将推动滤波器用量增长。POI衬底技是射频滤波器的理想选择，该技术能提供5G滤波器更大的带宽、更低的损耗、出色的温度稳定性和有效的排斥。

据介绍，Soitec已与高通公司签署有关为4G/5G RF 滤波器提供POI衬底的商业协议。目前Soitec的150mm POI衬底已进行大规模量产，并且整体POI产能准备扩张至 50万片/年。

在Soitec Belgium（原EpiGaN）业务单元方面，Bernard Aspar介绍2019年5月Soitec并购了EpiGaN，现在该业务单元已完美、有机地结合到整体业务中。

目前基站和智能手机中用于射频的氮化镓外延片需求量较大，而部分客户已开始对用于功率器件的200mm硅基氮化镓进行评估。Soitec拥有硅基的氮化镓和碳化硅基氮化镓两种结构产品，IDM和代工厂等优质用户购买RF氮化镓及硅产品（150mm-200mm）持续增长之中。

在化合物业务单元方面，Bernard Aspar表示2021年第一季度的合规产品已准备就绪，该业务单元主要是基于Smart Cut™的碳化硅衬底，其顶层是高质量的碳化硅，下层是低电阻率的衬底。

目前，Soitec与应用材料公司合作所制定的计划，试生产线已全面投入运行。据预测，碳化硅晶圆需求量将在2030年增加10倍。

在Dolphin Design方面，Thomas Piliszczuk表示Soitec收购芯片设计公司Dolphin Design，旨在加速为电子行业提供Soitec自主研发设计的优化衬底。目前Soitec十分欣喜这一方面的取得的进展，Dolphin Design已向市场交付一些针对于FD-SOI特性的IP设计的关键技术。

“作为重要的芯片厂商之一，格芯正在向全球的客户提供这种IP设计，这使得众多应用及无晶圆厂半导体公司加速采纳FD-SOI技术并扩张其生产规模。总体来说，收购Dolphin Design，使Soitec能提供出色的解决方案用于IP设计、完整地设计产品，满足低功耗和高能效应用的需求。我们对Dolphin Design在未来的发展持乐观态度，会主要关注能效以及电源管理方面的市场需求”，他这样为记者介绍。

优化衬底将在中国市场持续突破

“中国一直是Soitec最重要的市场之一”，在本土化逐渐成为行业必然提到的话题之下，Soitec中国区战略发展总监张万鹏这样对记者说。

根据他的介绍，Soitec自1992年公司成立至今，一直与大学研究机构以及业界最领先的材料公司、设备公司、设计公司、系统公司合作，为手机行业、汽车行业服务。

“对于中国来说，我们希望能够把这些最新、最好的经验带到中国来，帮助中国的同行解决问题。与此同时建设在中国的行业生态，不仅仅是在此前提及的5G、AIoT以及电动汽车领域，也希望能够加强与本地行业伙伴的合作，建立灵活的商业合作模式，建立本地供应链以及本地支持”，张万鹏强调，新傲作为本土合作生产商之一对Soitec帮助很大。

Soitec希望通过团队的本土化来加强对中国市场的支持能力，同时希望能够利用中国正在大力发展的新基建、电动汽车等，来帮助合作伙伴解决行业中遇到的挑战以及传统材料的瓶颈问题。

Soitec全球销售主管Calvin Chen表示，目前国内已有超过30个项目合作，包括主流产品和正在开发的新材料与新产品。经过几年的耕耘，目前主流的产品会开始有销售增长，其中几个项目会在一年内开始进入试产和量产阶段。他强调，RF-SOI、Power-SOI已成为业界标准，预计不久之后会有爆发式的增长，开始对Soitec有大量的销售贡献。

除此之外，在FD-SOI方面Thomas Piliszczuk透露，过去几年Soitec已开始与上海华力微电子进行接洽，华力微电子近年来一直在研发FD-SOI技术，并向市场交付产品。华力提供两个技术节点的产品分别是55nm的FD-SOI和22nm的FD-SOI。

在5G、人工智能、边缘计算和能效推动的电子增长“黄金十年”之下，优化衬底将发挥关键作用，并逐渐成为行业标准。Soitec不仅将优化衬底产品组合已从SOI扩展到POI、GaN和SiC，也将不断加强在中国市场的地位。