爭搶 SiC 商機,第三代半導體國際巨頭擴產、收購一樁又一樁

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 23 日 9:00 | 分類 國際觀察 , 晶圓 , 晶片 Telegram share ! follow us in feedly


電動車、5G 等新興應用對於功率元件效能需求更高,進而帶動化合物半導體發展。根據工研院產業科技國際策略發展所估計,2020 年全球化合物半導體產值大於 1,000 億美元,占整體半導體產值約 18.6%;到了 2025 年,全球化合物半導體產值將成長至 1,780 億美元,主要應用包括高階通訊、功率元件、光電應用等。

如此龐大的商機,也使得科技產業競相投入發展。根據國際半導體產業協會(SEMI)日前發表的功率暨化合物半導體晶圓廠展望報告(SEMI Power and Compound Fab Outlook to 2024)指出,全球功率暨化合物半導體晶圓廠設備支出在無線通訊、綠能以及電動車等應用的帶動下,過去幾年呈現快速的擴張,預估相關投資將在 2021 年成長約 20% 至 70 億美元,創歷史新高,2022 年則預計將再成長至約 85 億美元,年複合成長率 (2017-2022)高達 15%。

電動車是 SiC 主要應用領域

受材料本身特性的限制,傳統矽基功率元件已經漸漸難以滿足電動車對元件高功率及高頻性能的需求;而化合物半導體,特別是碳化矽(SiC)這類的寬能隙半導體材料,能耐高壓、高電流、高溫,還具備高能源轉換、高頻運作等特性,可實現低導通電阻、高速開關和耐高溫高壓工作,因此近年來倍受關注。

尤其是特斯拉(Tesla)在 Model 3 的逆變器模組上採用碳化矽後,碳化矽便越來越受重視,且正加速攀升中。根據市調機構 Yole Développement 資料顯示,許多車廠持續對基於碳化矽元件的主逆變器(Inverter)、車載充電單元(OBC)及 DC/DC 轉換器進行驗證,準備搭載在未來推出的車款上。車用碳化矽元件市場將維持快速成長的步伐,預計到 2025 年,市場規模將達 15 億美元,2019-2025 年間的複合年增率(CAGR)為38%。

簡而言之,目前 SiC 最大的應用市場便在新能源車,這也使得多數功率半導體大廠積極與車廠合作,加速電動車發展。像是中國汽車製造商吉利汽車與羅姆(ROHM)締結戰略合作夥伴關係,透過各種車電應用的開發,加速汽車領域的技術創新。據悉,吉利計劃運用 ROHM 的先進碳化矽功率解決方案,開發高效電控系統和車載充電系統,以延長電動車的續航里程,同時降低電池成本並縮短充電時間。

▲ 羅姆與吉利汽車合作,加速開發電動車 SiC 方案。(Source:羅姆

拓展 SiC 市場版圖,3 大巨頭收購、擴產不停歇

雖說各大汽車品牌、半導體業者已紛紛投入 SiC 發展,不過目前碳化矽元件的最大挑戰仍是成本偏高,使得各廠商在推出新技術、產品之時,也想方設法的增加 SiC 產能,以降低元件成本。

據了解,目前全球 SiC 矽晶圓總年產能約在 40-60 萬片,且主流尺寸還是 150mm(6 吋晶圓),遠不能滿足下游需求;因此,碳化矽元件製造商也相繼透過收購、與晶圓供應商策略合作等方式,藉此擴大產能並取得穩定的晶圓供應。

最近的例子便是安森美(onsemi)以 4.15 億美元收購 SiC 製造商 GT Advanced Technologies(GTAT)。此一交易將使安森美能更好地確保和增加 SiC 供應,滿足市場對 SiC 方案快速成長需求,包括 EV、EV 充電和能源基礎設施。

▲ 安森美收購 GTAT 深化 SiC 技術和供應 。(Source:安森美

安森美表示,GTAT 在包括 SiC 在內的晶體生長方面擁有豐富的經驗,將安森美的製造能力與 GTAT 的技術專長相結合,可加速 SiC 的開發,進一步商用化智能電源技術,並深化在汽車、工業領域發展和創新。

不僅安森美,另一間功率半導體大廠英飛凌(Infineon)則是與日本晶圓製造商昭和電工簽訂供應契約(兩年合約),供應包括磊晶在內的各種 SiC 材料,英飛凌可藉此獲得更多基材,以滿足對 SiC 型產品日益漸增的需求。

英飛凌指出,SiC 市場預計在未來五年內的年成長率可達 30%-40%,而與昭和電工合作可擴大英飛凌晶圓供應商基礎,是英飛凌在這一個持續成長市場中多元策略重要的一步;此外,英飛凌也計劃在策略開發材料方面與昭和電工合作,以提升品質並降低成本。

▲ 英飛凌與昭和電工合作擴大 SiC 供應能力 。(Source:英飛凌

另一方面,同樣積極布局 SiC 的意法半導體(ST),近期則是宣布製造出首批 8 吋(200mm)碳化矽(SiC)晶圓,且首批 8 吋 SiC 晶圓品質十分優良,對晶片良率和晶體位元錯誤之缺陷非常低。

ST 表示,這個階段性的成功是 ST 布局更先進、高成本效益之 8 吋 SiC 量產計畫的一部分;目前公司正執行新建碳化矽基板廠和內部採購碳化矽基板比重超過 40% 的計畫(到 2024 年)。另外,除了晶圓能滿足嚴格的品質標準,升級到 8 吋 SiC 晶圓還需要對製造設備和支援生態系統的升級,ST 正與供應鏈上下游技術廠商合作研發專屬的製造設備和生產製程。

▲ ST 成功製造首批 8 寸碳化矽晶圓。(Source:ST)

總而言之,隨著電動車、5G 等新興應用興起,市場對高效能電源管理的需求仍會不斷成長;而化合物半導體能為電源應用帶來十分顯著的好處,也讓國際功率半導體供應商趨之若鶩,在加強技術、產品發展之際,也持續擴張產能、維持供應穩定。未來誰能用更低的成本向終端產品製造商提供元件,克服現有價格偏高的挑戰,進而取得更大市占率,值得觀察。

(首圖來源:英飛凌)

延伸閱讀