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第三代半導體商機誰最有機會?一文看懂台灣產業供應鏈

2021-04-20
作者: 林宏達

▲第三代半導體商機誰最有機會?一文看懂台灣產業供應鏈

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1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兩成。

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3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3代半導體的成長大潮。去年2月,意法半導體宣布和台積電合作,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1300萬個第3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3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3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,本刊採訪得知,中美晶旗下環球晶第3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3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,本刊採訪盧明光,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3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3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3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本刊採訪時表示,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3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3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1500片,跟台灣穩懋、宏捷科數萬片的產能相比,仍有不小差距。

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