5G時代下,RF-SOI市場前景良好,SOI產品陸續實現量產

半導體產業經歷2019上半年的衰退後,下半年在庫存逐漸去化及市場需求旺季效應下情況略顯好轉,也讓供應鏈廠商期望2020年能迎來市場需求的反轉。

綜觀對2020年半導體產業展望,除了先進製程發展已廣為各界關注,受惠5G產業而出現的射頻前端元件需求,其RF-SOI製造技術也格外引人注目;但從SOI晶圓供應商的營收來看,受惠既定需求穩健而保持良好的年成長表現,加上晶圓製造廠商在SOI相關產品方面陸續實現量產,可望添加2020年半導體產業對SOI技術相關需求的期待度。

SOI晶元主要供應商表現亮眼,受惠於5G產業鞏固RF-SOI需求

從晶圓材料商的財報分析可以發現,2019年由於半導體市場需求減少及廠商庫存消化進度不佳影響,導致多數硅晶圓廠季度營收的年成長表現呈下滑態勢;但供應SOI晶圓佔比達7成的主要廠商Soitec,已連續8個季度保持雙位數年成長表現,顯示半導體市場對SOI晶圓的需求狀況相對穩健,從市場面來看,是來自於5G產業帶動的RF-SOI及相關驅動力道。

5G時代下,RF-SOI市場前景良好,SOI產品陸續實現量產


自2019年開始,5G商用腳步持續拓展,在經過近1年發展後,包括基礎建設與5G手機等相關應用也逐漸落實,即便從消費者端來看,5G爆發期可能落在2020~2021年間,但身處產業供應鏈上游的芯片製造商仍看好未來需求而提前積極佈局,其中備受矚目的,莫過於具有顯著需求上升的射頻元件。


由於進入5G時代,為搭配兼容既有的4G LTE頻段與支援5G毫米波頻段,具備雙模功能的射頻前端模塊搭載的元件數量將是過往4G時代的2倍之多,也帶來以RF-SOI製作射頻元件廠商持續投入研發能量的契機。在射頻元件產品線中,RF-SOI為主要的製造技術,其整合Switch與LNA的製程工法能有效縮減元件尺寸並提供良好功耗及性能表現,因此廣為射頻前端模塊採用。


更有甚者,Qualcomm在2018年底發表的5G射頻前端天線模塊QTM052,採用SOI技術將Switch、LNA與PA整合在同一塊Die上,是現行市面上主要5G手機搭載的射頻前端天線模塊,其重要性不言而喻。


從製造面向來看,IDM大廠STMicroelectronics在2019年第三季財報顯示,其採用RF-SOI的數位及混合訊號ASIC在5G智能型手機上獲得成功的採用率。


而在晶圓代工廠方面,GlobalFoundries在2019年9月的年度科技論壇上表示,45 RF-SOI技術自2017年發表以來已獲得超過20位客戶採用,產值超過10億美元,其特色在於增強型功率放大器場效晶體管(Enhanced Power Amplifier Field-Effect Transistor),除了能提供2倍放大功率外,亦能提供整合PA、Switch及LNA的設計,具有節省元件數量與體積優勢,為RF-SOI技術製造射頻元件帶來更強的吸引力道。


除了GlobalFoudries外,TowerJazz也是RF-SOI的主要晶圓代工廠,看好未來需求,擴充RF-SOI產能亦為TowerJazz 2020年的重點評估項目之一。

SOI產品陸續實現量產,技術發展仰賴市場既定需求將保有持續性動能


另一方面,使用其他SOI技術產品設計也正逐漸增加,並陸續實現產品量產化。以FD-SOI為例,NXP在2017年底即宣佈將打造使用FD-SOI技術的Crossover MCU產品,如今在2019年10月即正式推出業界首款工作頻率突破GHz障礙的MCU產品i.MX RT1170 Family,使用的就是28 FD-SOI製程,兼具低功耗、低漏電特性,加上類似FinFET性能表現,以及類比與混合訊號整合的獨特優勢,適合應用在工業領域、IoT與車用的邊緣運算功能。


GF與新創公司Arbe Robotics在2018年4月合作的車用雷達產品,也於2019年11月獲得實現,使用22FDX(22nm FD-SOI)技術打造,最大特點在於功率的放大效果比28nm Bulk CMOS提升50%,功耗則降低40%。


此外從雲端與4G/5G通訊發展來看,從4G時代的資料中心到5G時代甚至更高端規格,射頻元件、硅光芯片及收發器等均可使用對應的SOI技術製作,是未來可期的應用項目。

5G時代下,RF-SOI市場前景良好,SOI產品陸續實現量產

整體來說,目前SOI產品的滲透率不算高,其在邏輯IC製程上的佔比與FinFET比較下或屬小眾市場,但在部份產品仍有很高黏著度,例如射頻元件及光通訊元件等;而FD-SOI也提供IC設計廠商另一種選擇,在相關終端應用的推動下,產品設計與量產也相繼落實,將成為半導體產業2020年關注的焦點之一。

文丨拓墣產業研究院 徐韶莆


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