第三代半導體商機誰最有機會?一文看懂台灣產業供應鏈

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 17 日 11:00 | 分類 IC 設計 , 晶圓 , 晶片 Telegram share ! follow us in feedly


第三代半導體是未來十年最關鍵的半導體技術,涉及新能源、電動車、國防和航太工業的發展; 但在全球第三代半導體競賽中,台灣如何重演台積電翻轉半導體產業的成功故事?

過去電動車都使用矽製成的 IGBT 電源轉換晶片,但特斯拉 Model 3 首次採用意法半導體製造的碳化矽元件,為電動車轉換電能。根據英飛凌提供的數據,同樣一輛電動車,換上碳化矽晶片後,續航力能提高 4%,由於電動車每一分電源都極為昂貴,各家車廠都積極布局碳化矽技術。英飛凌預期,到 2025 年,碳化矽晶片將占汽車電子功率元件 2 成。

2018 年,日本羅姆半導體宣布,在 2024 年之前將增加碳化矽產能 16 倍。法國雷諾汽車也宣布,和意法半導體結盟,所需的碳化矽晶片由意法半導體獨家供應。2019 年,德國福斯集團跟美國 Cree 合作,由 Cree 獨家和福斯合作發展碳化矽技術,同年 Cree 也宣布投資 10 億美元,興建巨型碳化矽工廠。所有人都已經看到,過去汽車是否省油,是由引擎決定,未來電動車要如何省電,則是由第三代半導體技術決定。

台積電》布局多年,已能改用 8 吋設備生產

台積電在這個領域,早已發展多年,其他台灣公司是向歐洲技轉,但台積電則是自己花錢,由最基礎堆疊不同材料的磊晶技術開始研究。外界觀察,台積電仍是以矽基板的化合物半導體為主,這種技術在通訊上應用有限,但在電動車等應用上相當有競爭力。根據台積電年報,台積電在矽基板氮化鎵上,2020 年已開發出 150 伏特和 650 伏特兩種平台。台積電將因此搭上電動車第三代半導體的成長大潮。去年 2 月,宣布和台積電合作,台積電已經為意法生產車用的化合物半導體晶片。

事實上,在消費性電子用的電源轉換晶片上,外資指出台積電從 2014 年開始就幫愛爾蘭的 IC 設計公司 Navitas 代工生產。2021 年,Navitas 宣布,他們已經賣出了 1,300 萬個第三代半導體變壓器,目前每個月出貨量達到100萬個,良率幾乎是百分之百。由於 Navitas 在這個領域擁有 5 成市占率,也證明台積電早已悄悄靠第三代半導體在賺錢。

這種化合物半導體目前主要仍在六吋的設備上生產,但台積電的技術現在已能改用 8 吋設備生產,效率更高。這項技術發展成熟之後,台積電舊有的 8 吋廠,由於折舊早已完成,換上化合物半導體新應用,獲利還會進一步提高。

世界先進》大力發展矽基的氮化鎵晶片製造技術

世界先進因為擁有大量 8 吋的設備,也跟台積電採取相同的策略,大力發展矽基的氮化鎵晶片製造技術,以提升附加價值。世界先進董事長方略受訪時表示,正積極建立完整的氮化鎵加工技術,除了前後段製程都自行完成,也會建立自己的晶圓薄化技術。

中美晶》入主宏捷科,整併技術與市場資源

中美晶則是另一股積極投資第三代半導體的勢力,除了去年底成為宏捷科最大股東,切入通訊用化合物半導體製造外,財訊採訪得知,中美晶旗下環球晶第三代半導體基板技術也逐漸成形,但仍需克服良率和成本問題。

同時,中美晶也在悄悄整合資源,另一路布局切入車用第三代半導體市場。中美晶董事盧明光的長子盧建志,目前是茂矽董事。茂矽年報中揭露,茂矽正在積極發展氮化鎵的快充技術。盧明光目前出任大同董事長,大同也有自製國產電動大巴電力系統的技術,財訊採訪盧明光,他也是朋程董事長,盧明光表示,目前 6 吋的矽晶圓價格是 20 美元,6 吋的碳化矽要 1500 美元,當碳化矽成本能降到750美元,車用碳化矽的 MOSFET 就有機會普及,他估計「大概還要 5 年以上」。

漢民集團》從基板到代工技術,體系完整

漢民集團則是最早布局化合物半導體的公司,在結束瀚薪之前,漢民從車用化合物半導體晶片設計(瀚薪),基板和磊晶技術(嘉晶),到代工製造(漢磊),體系十分完整。漢磊也是台灣少數同時能製造氮化鎵和碳化矽晶片的公司,也因此,瀚薪的解散更讓人覺得不尋常。

晶成》具矽基氮化鎵功率半導體製造技術

此外,富采(原晶電)由於 LED 製造原本就需要化合物半導體磊晶技術,2018 年也將旗下代工事業分割出來,成立晶成半導體,專攻化合物半導體製造。2019 年,環宇-KY 也投資晶成,目前晶成也有能力提供矽基氮化鎵功率半導體製造服務。

根據張翼觀察,目前台灣在第三代半導體領域,是「製造強,兩端弱」,做代工製造的公司很多,但有能力設計第三代半導體 IC 設計的公司卻不多。高頻電路設計需要數學、物理、電磁波理論基礎,功率 IC 設計需機電(機械、電子、電機)整合背景,設計人才非常稀有。另外,台灣也需要突破基板製造的技術;例如,製造通訊 IC 需要絕緣碳化矽基板,如果台灣有能力自製基板,穩懋和宏捷科的發展會更為快速。

中國追兵虎視眈眈  台灣不可輕忽

在發展第三代半導體上,不管台灣還是中國,與歐美仍有不小的差距。名列全球前 10 大半導體廠英飛凌,高級經理高金萍接受財訊採訪時表示,目前全球主流車廠電動車規格已往 800 伏特高壓平台發展,意即對台廠來說較為困難的碳化矽將成主流。英飛凌發展碳化矽技術超過 25 年,已有 20 家車廠在使用及評估英飛凌的碳化矽產品。

高金萍指出,未來不只電動車需要第三代半導體,從提升太陽能發電效率,縮短電動車充電時間,到提高資料中心的用電效率,縮小行動裝置電源體積,都用得上這項技術。

目前,中國也拚命投資第三代半導體,如華為投資碳化矽磊晶公司瀚天天成;長期生產 LED 的三安光電,也因為使用的材料相近,發展受到矚目。但業界人士透露,以三安光電為例,化合物半導體產能約為 1,500 片,跟台灣穩懋、宏捷科數萬片的產能相比,仍有不小差距。

(本文由 財訊 授權轉載;首圖來源:shutterstock)

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