台灣下一個護國神山 第三代半導體的前世今生【編輯專欄】

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【民眾新聞網綜合報導】

第三代半導體材料隨著特斯拉等電動車供應鏈擴大採用,在今年躍上台股投資的焦點,不僅相關晶圓廠股價大漲,甚至帶動了化工股的高潮。

晶圓是半導體製造的材料,依照製造的原料不同分為一至三代,分別為矽、砷化鎵至第三代的碳化矽 (SiC)、氮化鎵(GaN),第一代半導體主要應用於CPU處理器及消費性IC、第二代多應用於手機關鍵通訊晶片、第三代則用在5G、電動車及衛星通訊。

以效能推算,當然是第三代材料比較好,通常為第三族和第五族形成的化合物,其化學鍵比矽來得強,也是世界上第三硬物質,若要加工處理,需要先進技術,由於化合物內容比較複雜,相對上技術也較難。

但比起標準矽晶圓,這種材料的穩定性和特性,能讓晶片製造商節省逾半耗能。碳化矽晶片的散熱良好,可用於更小型的逆變器,而逆變器是重要的電動車零組件,能夠調節馬達的電流。但不代表第一、二代將會被取代,就像台積電(2330) 及聯電(2303),一個先進、一個成熟製程,各有所需,畢竟不是所有電子產品都要運用到高效能,只是簡單的容易做,比較易被取代,而先進的技術因市場滲透率低,故成長空間也較大,差別在此

根據集邦調查,隨著各國於5G通訊、消費性電子產品、工業能源轉換、新能源車(NEV)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,使得第三代半導體需求強勁。其中,以GaN功率元件成長幅度最高,預估今年營收上看8300萬美元,年增73%。

GaN磊晶前三大應用占比分別為消費性電子產品60%、新能源汽車20%、通訊及資料中心15%。三星、小米、聯想、OPPO等在5G手機搭配大容量電池下,陸續推出支援GaN快充的手機,且筆電廠商也有意跟進採用。

SiC功率元件前三大應用占比將分別為新能源車61%、太陽能發電及儲能13%、充電樁9%等,新能源車產業中又以主驅逆變器、車載充電機(OBC)、直流變壓器為應用大宗。特斯拉量產車款率先把碳化矽材料整合到部分Model 3車款內,使電動車供應鏈擴大採用這種節能材料,也影響了半導體產業。

由於設備及良率關係,目前以6吋晶圓生產為主流,鴻海(2317)買下旺宏 (2337)6吋廠就是為了讓電動車佈局更完整,隨著主流尺寸從6吋逐漸往8吋方向邁進,由於GaN及SiC的晶圓基板材料生長條件較困難,價格相較傳統8吋、12吋矽晶圓基板高出5~20倍不等。

現階段前段基板市占多由美國科銳及貳陸、日本羅姆(ROHM)、歐洲意法半導體等IDM大廠壟斷。大陸廠商為了突破歐美寡占壟斷情況,部分供應商如山東天岳、天科合達等在中國十四五政策支持下相繼進入基板市場,以期加速實現中國自給自足目標。

儘管歐、美、日等地發展較早且製程較成熟,但台灣仍具有競爭優勢。由於台灣具備長期矽原料開發經驗,並擁有完整上、下游矽供應鏈,加上近期政策推動材料供應、設計與技術研發國產化等,台灣正邁向成為半導體先進製程中心目標,成熟的前段基板及磊晶產業鏈優勢逐步成形,中後段晶片設計、製造及封測亦為主力項目。

台灣最大的磊晶製造有兩大聯盟,分別是漢民旗下的嘉晶(3016)及漢磊(3707),以及中美晶(5483)旗下的環球晶(6488)、宏捷科(8086)、兆遠(4944)、朋程(8255),透過與強茂(2481)合作策略入股晶圓代工廠茂矽(2342),盼在台灣稀缺的基板產業發揮最大整合效益。

此外,廣運(6125)集團與太陽能廠太極(4934)共同投資的盛新材料,除了目前在送樣驗證的4吋SiC基板,也積極投入6吋SiC基板的研發。太極與股王矽力(6415)子公司矽力杰合資持有穩晟材料產能與盛新相近,但本益比達14倍,較仍處於虧損的太極來的穩健。

聯電近年積極投入第三代半導體,主要鎖定射頻元件的氮化鎵應用,本月宣布與驅動IC封測廠頎邦換股策略合作,頎邦在功率及5G射頻元件的碳化矽及氮化鎵封測已量產,合作效益可望很快浮現。

由於 SiC 材質切割、研磨拋光難度高,需減少報廢與提高生產良率,化工廠永光(1711)具積極投入開發電子化學品,憑藉自家技術生產最頂規格的SiC基板拋光製程的拋光液,近期已小量出貨給數家矽晶圓廠,也獲得市場的注意。

文/財經編輯劉家瑜

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