隨著晶圓代工業(yè)的火爆，其細分領域——化合物半導體代工——也是水漲船高，相關廠商近期的業(yè)績都很亮眼。而且，相對于廣義上的數字和模擬芯片代工廠，化合物半導體晶圓代工廠商的數量較少，這就使它們在代工產能普遍稀缺的當下，價值愈加突出。

　　近期，化合物半導體代工三強穩(wěn)懋、宏捷科和GCS（環(huán)宇）動作頻頻，特別是在擴充產能方面，都在花大力氣。

　　今年，穩(wěn)懋前10個月累計營收同比增長了23.97%，今年5000片新產能擴充已在第3季度完成，單月產能最高可達4.1萬片，主要用于4G和5G PA，以及3D感測VCSEL芯片。為應對市場需求，該公司位于中國臺灣龜山廠區(qū)滿載后，將著重在南科高雄園區(qū)投資擴產，以滿足未來5-10年的生產規(guī)劃。

　　宏捷科11月營收環(huán)比增長5.42%，同比大增30.89%，創(chuàng)近58個月新高，今年前11個月累計營收同比增長64.81%。目前，該公司產能已達每月1.3萬片，主要生產4G PA、WiFi芯片， 5G產品、VCSEL芯片也在開發(fā)中。宏捷科二廠計劃持續(xù)進行中，年底產能將提升至1.5萬片，如果客戶需求強烈，明年可能再擴充5000片產能。宏捷科第4季度訂單仍然很滿，除了中國大陸手機客戶需求回溫外，美國客戶Skyworks也因既有產能受限而擴大轉單給宏捷科，使其產能利用率達9成。

　　GCS正在與中國的射頻芯片大廠卓勝微合作建廠，今年5月，卓勝微定增募資30億元，投向研發(fā)及生產高端射頻濾波器芯片及模組、5G通信基站射頻器件，與代工廠合作建立生產線，而這家代工廠就是GCS。據悉，這兩家聯(lián)合了另外幾家半導體廠商及投資機構，預計總共投資100億元，建設化合物半導體及MEMS生產線，用于高端射頻前端及光電子芯片制造。據悉，該項目正在對晶元光電在常州設立子公司的現有空置廠房進行裝修改造，計劃今年底投產。

　　另外，在市場需求的強烈驅動下，中國大陸本土僅有的幾家化合物半導體生產廠家產能也非常緊張，代表企業(yè)是三安集成和海威華芯，雖然規(guī)模和技術水平與產業(yè)三強相比有差距，但在市場旺盛需求的大環(huán)境下，業(yè)績也很亮眼，同時在產能擴充和爭取大客戶方面多有布局。

　　以上這些亮眼的業(yè)績和產能擴充需求，主要是基于5G的快速發(fā)展，使得手機和基站這兩端對相應的5G PA、濾波器、射頻開關等需求旺盛。

　　據Canalys統(tǒng)計，今年全球智能手機出貨量年減10.7%，5G手機出貨量卻逆勢增長達2.78億部，隨著品牌新機發(fā)布、市場需求回溫，預計2021年全球智能手機出貨量將超過13億部，年增超1成，5G手機將達到5.44億部，年增95%。

　　第二代化合物半導體代工

　　目前，手機射頻前端芯片主要采用的工藝依然是第二代化合物半導體材料砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）。隨著5G建設大規(guī)模進行，GaAs器件市場需求愈加旺盛。據Technavio統(tǒng)計，2018年全球GaAs晶圓市場規(guī)模達到9.4億美元，2019年約為10.49億美元，預計2021年該市場將達到12.69億美元的規(guī)模。

　　由于化合物半導體在結構、成分、缺陷等方面難于硅晶圓制造，目前，全球能提供高水平代工的企業(yè)并不多，僅穩(wěn)懋、宏捷科，以及GCS，Qorvo等少數企業(yè)能提供較大規(guī)模的代工服務。

　　目前，GaAs制造龍頭企業(yè)包括美國的Skyworks、Qorvo、Broadcom以及Cree，還有德國的Infineon。Broadcom和Skyworks除芯片設計業(yè)務外，也有自己的工廠，當自身產能不足時，會將部分訂單交給中國臺灣代工廠，Broadcom的代工廠商是穩(wěn)懋，Skyworks的代工廠商是宏捷科，Qorvo的產能充足，主要自產，而且還會向外提供代工服務。

　　化合物半導體產業(yè)的代工在不斷加強，相對于IDM，代工比例持續(xù)提升。2018年，Broadcom將其位于科羅拉多的工廠出售給了GaAs代工龍頭企業(yè)穩(wěn)懋，Broadcom以1.85億美元入股穩(wěn)懋，成為后者第三大股東，Broadcom的HBT產品將全部由穩(wěn)懋代工。目前，穩(wěn)懋的主要客戶為Avago、Murata、Skyworks、紫光展銳和Anadgics等。

　　今年，5G開始進入量產階段，相應的高性能射頻和功率器件訂單明顯增加，訂單的超預期使得行業(yè)龍頭穩(wěn)懋產能吃緊。據Strategy Analytics統(tǒng)計，在全球GaAs晶圓代工領域，穩(wěn)懋 以71%的市占率獨占鰲頭。而隨著2020年5G的大規(guī)模應用，該市場的需求量還將進一步提升，而龍頭廠商產能進入滿載周期，給我國大陸化合物半導體生產廠商帶來了商機，在國內的GaAs代工領域，玩家總體數量不多，能提供高水平代工業(yè)務的更是鳳毛麟角，主要有三安光電、海特高新等少數企業(yè)，其中，三安光電作為國產化合物半導體領域的龍頭企業(yè)，已經建成國內首條6英寸GaAs外延芯片產線并投入量產。

　　代工業(yè)務的發(fā)展，在很大程度上是因為GaAs技術和市場已經發(fā)展到了非常成熟的階段，特別是其襯底和器件技術不斷實現標準化，產品多樣化，相應的設計企業(yè)增加，使得代工的業(yè)務需求不斷增加。這與邏輯器件代工業(yè)的發(fā)展軌跡類似。

　　而在制程工藝方面，化合物半導體與存儲器和邏輯器件有很大區(qū)別，并不追求很先進的工藝節(jié)點，基本不需要60nm以下的制程工藝。這主要是因為化合物半導體面向射頻、高電壓、大功率、光電子等應用領域，無需先進制程。目前，GaAs器件以0.13μm、0.18μm以上制程工藝為主，Qorvo正在進行90nm工藝研發(fā)。此外，由于受GaAs和SiC襯底尺寸限制，目前的生產線以4英寸和6英寸晶圓為主，部分企業(yè)也開始導入8英寸產線，但還沒有形成主流。

　　第三代化合物半導體應用

　　5G對于設備性能和功率效率提出了更高的要求，特別是在基站端，基站數量和單個基站成本雙雙上漲，這將會帶來市場空間的巨大增長。依據蜂窩通信理論計算，要達到相同的覆蓋率，估計中國5G宏基站數量要達到約500萬個。2021年全球5G宏基站PA和濾波器市場將達到243.1億元人民幣，年均復合增長率CAGR為162.31%，2021年全球4G和5G小基站射頻器件市場將達到21.54億元人民幣，CAGR為140.61%。

　　由于基站越來越多地用到了多天線MIMO技術，這對PA提出了更多需求。預計到2022年，4G/ 5G基礎用的射頻半導體市場規(guī)模將達到16億美元，其中，MIMO PA的年復合增長率將達到135%，射頻前端模塊的年復合增長率將達到 119%。

　　相對于4G，5G基站用到的PA數會加倍增長。4G基站采用4T4R方案，按照三個扇區(qū)，對應的射頻PA需求量為12個，5G基站中，預計64T64R將成為主流方案，對應的PA需求量高達192個。

　　基站用PA市場空間巨大，但其性能和功率效率問題亟待解決。在這樣的背景下，新工藝技術替代傳統(tǒng)工藝早已被提上了議事日程。

　　目前的PA市場，包括基站和手機端用的，制造工藝主要包括傳統(tǒng)的LDMOS、GaAs，以及新興的GaN。而在基站端，傳統(tǒng)LDMOS工藝用的更多，但是，LDMOS 技術適用于低頻段，在高頻應用領域存在局限性。而為了適應5G網絡對性能和功率效率的需求，越來越多地應用到了GaN，它能較好地適用于大規(guī)模MIMO。

　　GaN具有優(yōu)異的高功率密度和高頻特性。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來一直廣泛應用于PA。硅基LDMOS技術的工作電壓為28V，已經在電信領域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發(fā)揮作用，在寬帶應用中的使用并不廣泛。相比之下，GaN的工作電壓為28V至50V，具有更高的功率密度和截止頻率，在MIMO應用中，可實現高整合性解決方案。

　　在宏基站PA應用中，GaN憑借高頻、高輸出功率的優(yōu)勢，正在逐漸取代LDMOS；在小基站中，未來一段時間內仍然以GaAs工藝為主，這是因為它具備可靠性和高性價比的優(yōu)勢，但隨著GaN器件成本的降低和技術的提高，GaN PA有望在小基站應用中逐步拓展。

　　在手機端，射頻前端PA還是以GaAs工藝為主，短期內還看不到GaN的機會，主要原因是成本和高電壓特性，這在手機內難以接受。

　　由于GaN制程工藝壁壘較高，具備相應生產技術的廠商很少，代工廠方面，也就是穩(wěn)懋和GCS了。IDM則有Qorvo、英飛凌和Cree。

　　結語

　　當下，化合物半導體工藝芯片在手機和基站當中的應用最為廣泛，而第二代化合物半導體制造產能在當下非常緊張，而第三代化合物半導體代表著明天，目前技術尚未成熟，大規(guī)模量產還需時日，不過，其光明的前景已成為相關IDM和晶圓代工廠的共識，在進一步拓展GaAs產能的同時，也在抓緊布局以GaN為代表的第三代化合物半導體。