霸氣喊「我們不做Me Too產品」！世界先進憑什麼前進氮化鎵元件市場？

根據國際調研機構顧能（Gartner）統計，2020年全球晶圓代工廠排名中，由台積電轉投資的8吋晶圓代工廠世界先進，以年營收331.31億元一舉拿下第8名，比2019年前進1名。

世界先進以特殊積體電路製造（Specialty IC Foundry）技術見長，擁有4座8吋晶圓廠，分別位於台灣與新加坡，2020年平均月產能24萬片8吋晶圓。2021年，更擴大資本資出投入85億元，用以擴充產能與新製程的研發，進一步強化製程技術與高附加價值的服務。

為了布局未來成長動能，世界先進也看好第3類半導體應用於電動車、綠能、5G基地台、雷達與快速充電技術等領域的潛能，積極投入研究氮化鎵（GaN）晶片製程技術平台，擴展客戶版圖。

根據研調機構TrendForce調查，2021年隨著各國於5G通訊、消費性電子、工業能源轉換及新能源車等需求拉升，驅使如基地台、能源轉換器（Converter）及充電樁等應用需求大增，同步使得第3類半導體氮化鎵及碳化矽（SiC）元件及模組需求強勁。其中，以氮化鎵功率元件成長幅度最高，預估2021年營收將達8,300萬美元，年增率高達73％。

早在2018年，世界先進就已經宣布朝量產氮化鎵晶片的目標努力；然而，根據官方最新公布的進度，最快要等到2022年才會有客戶的產品問世，顯示量產需克服的問題難度不小。而世界先進在氮化鎵量產時間的推遲，主要是走了不一樣的路。

QST基板性價比優勢，成8吋氮化鎵製程秘密武器

有別於同業採用昂貴且良率不高的碳化矽基板，供應多被Wolfspeed（前身為Cree）、貳陸（II-IV）和羅姆半導體（ROHM）等國際大廠壟斷，世界先進選擇與美國設備材料廠Kyma及其轉投資的氮化鎵矽基板廠Qromis合作，開發出Qromis 基板技術（簡稱QST）。

「因為不想做『Me Too』（與其他同業一樣）的東西，所以必須花更久的時間做出差異化方案。」世界先進事長方略表示。QST基板相較業界以矽（Si）作為基板，具有與氮化鎵磊晶層更緊密匹配的熱膨脹係數（CTE），在製程中堆疊氮化鎵的同時，也能降低翹曲（warpage）破片，更有利於晶圓代工廠實現量產。

有了這個被方略稱為「工程基板」的QST基板材料，在目前以6吋晶圓為主流的第3類半導體市場中，世界先進將能生產出罕見的8吋氮化鎵晶圓。如果又能與公司既有的8吋機台設備、管理與開發相互配合使用，如期在2022年量產基於QST基板的氮化鎵元件，更將在全球居於先行者的地位。

進一步而言，氮化鎵材料特性適用於生產高功率密度的電子元件，通常業界會以1,200V（伏特）作為界線，超過這個電壓就會使用氮化鎵以外的材料。過去以矽為基板，依業界標準是無法支援650V以上電壓的轉換門檻，而QST基板可解決這個問題，且成本比碳化矽基板便宜，可提供高鐵、電動車等高功率應用。

突破量產瓶頸，氮化鎵產品2022上半年亮相

截至目前，世界先進在氮化鎵的發展逐漸接近量產階段，已有客戶進行原型設計與送交製造（Tape-out），目標在2021年底完成所有程序設計（Process Design）。順利的話，2022年上半年就會有產品面世，屆時將是台灣主要量產8吋氮化鎵晶圓的業者之一。

相比於6吋晶圓，8吋晶圓意味著可以利用更大晶圓尺寸，圓角內能切割的面積愈多、減少製程中原料的浪費。同時，每塊氮化鎵晶圓也能生產更多晶片，8吋比6吋增加日產量一倍以上，能降低晶片單位成本。

儘管氮化鎵的生產製造設備與矽製程差異不大，但是在產製過程中，還是面臨不少挑戰，包括材料的穩定性、材料與基板的相容度，以及晶圓內的原子結晶混和匹配（Mix Match）等，這些難題都還有待更多研究測試與驗證來解決。

對世界先進來說，雖然在全球半導體產值中，第3類半導體的貢獻還不到1％，但考量到市場前景大好，仍將積極掌握氮化鎵前後段製程，以期在未來新興應用市場扮演關鍵角色。

方略還強調，即使再過5年，第3類半導體產值也未必超過（半導體整體市值的）1％，但是新材料（碳化矽、氮化鎵）衍生的商機，將突破矽材料無法做到的領域，將是值得探索的嶄新世界。

世界先進積體電路

成立：1994年
董事長：方略
近期財報：2021年前3季累計合併營收312.13億元，年增27.85％；累計前3季每股稅後純益（EPS）4.94元。
關鍵技術：台灣少數具備8吋氮化鎵晶圓生產能力的廠商，與美國氮化鎵矽基板廠Qromis研發特殊基板QST，較矽基板支援更高功率效能應用，預計2022年量產。
目標：鎖定利基型市場開發氮化鎵技術，以支援高電壓、高頻率、高效能電源功率應用，如高鐵、電動車領域。

責任編輯：吳佩臻、張庭銉

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