【全文】特斯拉馬斯克助拳 台廠喜迎第3代半導體狂潮

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以碳化矽與氮化鎵為主的第3代半導體,經過十多年的推廣,即將進入成長爆發階段。(東方IC)
以碳化矽與氮化鎵為主的第3代半導體,經過十多年的推廣,即將進入成長爆發階段。(東方IC)

十年磨一劍,走過近20個年頭,以碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)為主的第三代半導體,受到電動車霸主特斯拉創辦人馬斯克的青睞而揚眉吐氣,成為未來10年最被看好的半導體技術。不僅暢銷車Model 3全面導入碳化矽技術,這2年大舉布局電動車的鴻海董事長劉揚偉,也砸下重金收購旺宏旗下6吋晶圓廠,準備揮軍碳化矽製造,等同宣告第3代半導體就是電動車的未來。這些被外國媒體以「矽盾」(Silicon Shield)來形容的台灣半導體業者,勢必會卯足全力,搶下一席之地。

2018年,電動車龍頭特斯拉發表平價車款Model 3,被稱為矽谷鋼鐵人的創辦人馬斯克,首度在電動車變流器設計中,導入歐洲意法半導體(STM)的SiC(碳化矽)MOSFET,立刻引發市場高度關注。「Model 3得利於碳化矽晶片,可將逆變器體積縮小,打造出更流線的車體。」1位專家認為,由於碳化矽擁有能夠縮小變流器體積、承受更高功率、提高導電效率及減少發熱等特性,不但提高Model 3的續航里程,更讓特斯拉得以設計出更流線型的外觀,讓空氣阻力係數追上性能超跑。

半導體專家認為,第3代半導體在太陽能等綠能相關領域的應用,未來將大放異彩。
半導體專家認為,第3代半導體在太陽能等綠能相關領域的應用,未來將大放異彩。

 

不只是電動車,在再生能源領域上,碳化矽的表現同樣令人激賞。長期推廣科技教育的知識力科技執行長曲建仲表示,過去用矽做的太陽能逆變器,100千瓦可能重達1,129公斤,改用碳化矽設計製造後,功率增加到125千瓦,重量卻僅剩77公斤,成果驚人。

解決功率問題 趨勢確立

半導體業界人士直言,特斯拉在電動車界的地位就猶如智慧型手機界的蘋果,Model 3的成功,讓更多車廠跟進採用碳化矽技術;儘管以碳化矽、氮化鎵等為首的第3代半導體,產值目前僅有幾億美元,但鑑於以碳化矽解決電動車功率問題已呈明顯趨勢,加上再生能源、5G基地台及低軌衛星等應用,相當依賴碳化矽解決效能與高頻訊號等問題,更加確立了碳化矽、氮化鎵在未來科技的應用地位。

在特斯拉創辦人馬斯克(圖)青睞下,Model 3變流器設計導入了碳化矽技術,而碳化矽也沒令人失望,讓Model 3空氣阻力係數追上性能超跑。(達志影像)
在特斯拉創辦人馬斯克(圖)青睞下,Model 3變流器設計導入了碳化矽技術,而碳化矽也沒令人失望,讓Model 3空氣阻力係數追上性能超跑。(達志影像)

 

「一片電動車用的6吋N型碳化矽,大概可以產製8台電動車所需的功率元件。2020年全球汽車銷售約7,800萬台,2025年若有一半銷售是電動車新車,以一片6吋N型碳化矽售價約1,200美元初估,光是碳化矽基板的產值就高達58.5億美元。」依業界專家所言,顯而易見,電動車的應用將是帶動第3代半導體產值快速成長最關鍵的因素。

事實上,中國早就發現第三代半導體的發展潛力,官方特別在「十四五規劃」(2021至2025年)中,將第三代半導體產業納入重點投資,預計投入人民幣10兆元,協助中國業者「彎道超車」。此外,更延續過去大挖台灣半導體牆角的做法,去年鎖定享有第三代半導體獨角獸美譽的台灣IC設計業者瀚薪科技,將經營團隊與核心技術連根拔起,公司也無預警解散,讓人聞到兩岸角力的煙硝味。

鴻海董事長劉揚偉(右)買下旺宏6吋晶圓舊廠,透過第3代半導體的布局,協助旗下MIH打造電動車生態系。
鴻海董事長劉揚偉(右)買下旺宏6吋晶圓舊廠,透過第3代半導體的布局,協助旗下MIH打造電動車生態系。

 

投資六吋舊廠 鴻海進軍

就連一直想在電動車市場大展拳腳的鴻海董事長劉揚偉,本身就是半導體專家,似乎也嗅到了這股不尋常的氛圍。先是去年6月在鴻海研究院底下成立半導體研究所,將第三代半導體列為主要研究項目之一;今年8月,鴻海更豪砸25.2億元收購旺宏月產能1.5萬片的6吋晶圓舊廠。「雖然這個6吋廠不是做碳化矽,但透過新投資可以將這座晶圓廠轉去做碳化矽。」劉揚偉直接道出,鴻海揮軍第3代半導體的企圖心。

毫無疑問,特斯拉與鴻海先後的大動作,等同宣告第3代半導體時代來臨。然而,過去20年,第3代半導體大多是歐、美、日半導體廠商的天下,台灣能否真的迎頭趕上?同時,第3代半導體快速的成長,會不會撼動台灣半導體產業「矽盾」的全球地位?

日月光幾年前就已經觀察到第3代半導體市場變化的契機,同時在技術與業務端積極布局。
日月光幾年前就已經觀察到第3代半導體市場變化的契機,同時在技術與業務端積極布局。

 

日月光集團研發中心副總經理洪志斌長期研究半導體產業,他首先澄清,把碳化矽、氮化鎵稱為第3代半導體,容易讓不懂半導體的人產生誤解,一時以為這些技術是要「取代」現有半導體主流的製程矽或砷化鎵。實際上,這些技術各有其用途,「以目前台積電生產給手機、電腦及消費性電子所用的矽晶圓,並不會被第3代半導體取代,所以用『第3類半導體』來稱呼碳化矽、氮化鎵等化合物半導體產品,可能更加適合。」洪志斌說。

「目前全球第三代半導體是由意法半導體(STM)、英飛凌(Infineon)等歐美IDM(整合元件製造)大廠主導,從研發、設計、製造到測試,全由IDM廠一手包辦,台灣業者能著墨的空間有限,但未來2、3年,隨著產品應用面與市場規模快速擴增,局面應該會有所改變。」洪志彬觀察。

全球第3代半導體雖由Infineon等歐美IDM大廠主導,但隨著產品應用面與市場快速擴增,未來應該會有所改變。(翻攝Infineon官網)
全球第3代半導體雖由Infineon等歐美IDM大廠主導,但隨著產品應用面與市場快速擴增,未來應該會有所改變。(翻攝Infineon官網)

 

產碳化矽基板 突破劣勢

其實,幾年前,日月光就已經觀察到第3代半導體市場變化的機會。洪志斌表示,除了現有晶片用的釘架型封裝(leadframe),日月光也開發出更高整合度的嵌入式系統整合封裝(a-EASI),並取得日本TDK授權的基板型嵌入式封裝(SESUB)等用在第3代半導體的封測技術;此外,日月光投控旗下的環旭電子也與全球各大車廠供應鏈密切合作,應可順利搶下第3代半導體商機。

盛新材料董事長謝明凱(圖)認為,因為市場過於壟斷及美中貿易壁壘等有利因素,讓盛新剛好站在一個好的發展位置。
盛新材料董事長謝明凱(圖)認為,因為市場過於壟斷及美中貿易壁壘等有利因素,讓盛新剛好站在一個好的發展位置。

 

洪志斌及曲建仲2位專家都樂觀認為,憑藉過去在第1、2代半導體累積的基礎與經驗,台廠必然能在第3代半導體市場占有一席之地。據了解,晶圓代工的台積電、穩懋、漢磊,以及IC設計的即思創意等台廠,近期已在業務上取得具體進展,讓協力廠商汎銓科技、盛新材料等供應鏈也跟著受益。

從第3代半導體產業鏈的上、中、下游觀察,台廠目前暫居劣勢的領域,當屬設備與碳化矽基板,而台灣的廣運集團則剛好在這2大領域都有所突破,尤其是在向來由美國CREE、Ⅱ-Ⅵ及中國山東天岳3家廠商所囊括的近98%半絕緣碳化矽基板市場中,廣運旗下的盛新,一舉突破封鎖線,成為台灣唯一有能力生產半絕緣碳化矽基板的業者。

「我們投入碳化矽領域或許是天意。」廣運集團執行長、盛新董事長謝明凱笑說。原來謝明凱會投入第3代半導體,全因3年多前出席政大EMBA的同學餐會,他剛好坐在全新光電董事長陳建良旁,聽到正在講電話的陳建良提到「缺貨」2字。「我心想,現在是什麼世道,竟然還有電子產品缺貨,一問之下,才知道原來碳化矽基板缺貨,剛好廣運也在找轉型機會,於是就研究起了第3代半導體。」謝明凱回憶。

防堵中國零件 盛新受惠

謝明凱對本刊透露,「一開始,只是想買台長晶爐回來研究如何生產碳化矽基板,但設備商說只買1台不賣,只好硬著頭皮砸下上億元買了5台機器,卻意外成為當時台灣產能最大的碳化矽基板廠商。」沒想到,消息一出,許多從業人員認為盛新是玩真的,紛紛加入,才得以建立堅強的研發團隊,抓住第3代半導體起飛的契機。

不只如此,盛新未來的業務發展也因中美貿易戰而受益。由於半絕緣碳化矽基板主要用於航太與國防工業中,事涉國家安全,歐美各國均要求不得採用中國零組件;同一時間,中國也刻意排擠美國的產品。此外,無論是半絕緣或用於電動車的N型碳化矽基板,CREE等業者既賣wafer(晶圓片),同時也生產產品與客戶競爭,所以下游客戶都想找second source(第二供應商),擺脫被牽制的困境。「盛新剛好站在一個有利的發展位置。」謝明凱笑著說。

不過,客戶願意給機會,成本還得要有競爭力,透過廣運研發出自製的長晶爐,成本低於市場同級設備一半,讓盛新在降低成本上獲得重大突破,一舉拿下台、日、美共6家大客戶的測試訂單。

除了盛新藉著市場壟斷及貿易壁壘站到不錯的競爭位置外,另一家半導體材料分析廠商汎銓科技,也因與台積電、穩懋及漢磊等晶圓代工與IC設計業者有密切業務往來,而可望在第3代半導體競賽中脫穎而出。

 

憑藉技術專利 汎銓出線

走進汎銓董事長柳紀綸的辦公室,宛如置身戰情室,牆上8台螢幕,每台螢幕有16個分割畫面,每個分割畫面連結到不同的實驗室,讓柳紀綸及客戶能清楚掌握員工的工作狀況。「汎銓的經營策略是把自己當作客戶的一個部門,客戶能透過網路隨時監看專區內作業。汎銓員工何時從客戶手中拿走樣品?樣品幾點幾分送到汎銓?何時送上機台分析?有哪些人經過機台?客戶全都一清二楚,因為保密功夫做得好,才能成為客戶信賴的夥伴。」指著螢幕,柳紀綸點出關鍵。

汎銓科技憑藉著技術專利及自行開發的機台,獲得台積電認同,成為台積電材料分析最緊密的合作夥伴。
汎銓科技憑藉著技術專利及自行開發的機台,獲得台積電認同,成為台積電材料分析最緊密的合作夥伴。

 

柳紀綸表示,就算台積電有自己完整的材料分析實驗室,汎銓憑藉著技術專利及自行開發的機台,仍以優異的服務速度及品質,獲得台積電研發部門高度認同與評價,不但成為台積電最緊密的合作夥伴,更私下「叮嚀」參與先進製程開發的設備與材料供應商,可尋求汎銓的協助。

想當然耳,台積電跨足第3代半導體,汎銓自然成為其材料分析的合作夥伴。不過,柳紀綸說,汎銓半導體的國內外客戶高達1千多名,不乏國內外知名第3代半導體業者。未來,不管是台積電或其他廠商在第3代半導體領域勝出,都有機會分一杯羹。

未來電動車最大的市場可能在中國,而中國政府及民間企業也緊密合作,想藉此在半導體產業彎道超車。(翻攝semi.org)
未來電動車最大的市場可能在中國,而中國政府及民間企業也緊密合作,想藉此在半導體產業彎道超車。(翻攝semi.org)

 

不過,根據柳紀綸的觀察,在第3代半導體市場,台灣與中國的關係是競爭大於合作。「雖然未來電動車市場可能在中國,讓中國第3代半導體廠商多了幾分勝算,但已在第1、2代半導體就占全球領先地位的台廠,未來在第3代半導體上,也絕對不會輸給對岸。」1位資深業者肯定地說。

 

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