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第三代半导体商机谁最有机会?一文看懂台湾产业供应链

第三代半导体是未来十年最关键的半导体技术,涉及新能源、电动车、国防和航天工业的发展;但在全球第三代半导体竞赛中,台湾如何重演台积电翻转半导体产业的成功故事?

过去电动车都使用硅制成的IGBT电源转换芯片,但特斯拉Model 3首次采用意法半导体制造的碳化硅元件,为电动车转换电能。根据英飞凌提供的数据,同样一辆电动车,换上碳化硅芯片后,续航力能提高4%,由于电动车每一分电源都极为昂贵,各家车厂都积极布局碳化硅技术。英飞凌预期,到2025年,碳化硅芯片将占汽车电子功率元件2成。

2018年,日本罗姆半导体宣布,在2024年之前将增加碳化硅产能16倍。法国雷诺汽车也宣布,和意法半导体结盟,所需的碳化硅芯片由意法半导体独家供应。2019年,德国大众集团跟美国Cree合作,由Cree独家和大众合作发展碳化硅技术,同年Cree也宣布投资10亿美元,兴建巨型碳化硅工厂。所有人都已经看到,过去汽车是否省油,是由引擎决定,未来电动车要如何省电,则是由第三代半导体技术决定。

台积电》布局多年,已能改用8寸设备生产

台积电在这个领域,早已发展多年,其他台湾公司是向欧洲技转,但台积电则是自己花钱,由最基础堆叠不同材料的磊晶技术开始研究。外界观察,台积电仍是以硅基板的化合物半导体为主,这种技术在通信上应用有限,但在电动车等应用上相当有竞争力。根据台积电年报,台积电在硅基板氮化镓上,2020年已开发出150伏特和650伏特两种平台。台积电将因此搭上电动车第三代半导体的成长大潮。去年2月,宣布和台积电合作,台积电已经为意法生产车用的化合物半导体芯片。

事实上,在消费性电子用的电源转换芯片上,外资指出台积电从2014年开始就帮爱尔兰的IC设计公司Navitas代工生产。2021年,Navitas宣布,他们已经卖出了1,300万个第三代半导体变压器,目前每个月出货量达到100万个,良率几乎是百分之百。由于Navitas在这个领域拥有5成市占率,也证明台积电早已悄悄靠第三代半导体在赚钱。

这种化合物半导体目前主要仍在六寸的设备上生产,但台积电的技术现在已能改用8寸设备生产,效率更高。这项技术发展成熟之后,台积电旧有的8寸厂,由于折旧早已完成,换上化合物半导体新应用,获利还会进一步提高。

世界先进》大力发展硅基的氮化镓芯片制造技术

世界先进因为拥有大量8寸的设备,也跟台积电采取相同的策略,大力发展硅基的氮化镓芯片制造技术,以提升附加价值。世界先进董事长方略受访时表示,正积极建立完整的氮化镓加工技术,除了前后段制程都自行完成,也会建立自己的晶圆薄化技术。

中美晶》入主宏捷科,整并技术与市场资源

中美晶则是另一股积极投资第三代半导体的势力,除了去年底成为宏捷科最大股东,切入通信用化合物半导体制造外,财讯采访得知,中美晶旗下环球晶第三代半导体基板技术也逐渐成形,但仍需克服良率和成本问题。

同时,中美晶也在悄悄整合资源,另一路布局切入车用第三代半导体市场。中美晶董事卢明光的长子卢建志,目前是茂硅董事。茂硅年报中揭露,茂硅正在积极发展氮化镓的快充技术。卢明光目前出任大同董事长,大同也有自制国产电动大巴电力系统的技术,财讯采访卢明光,他也是朋程董事长,卢明光表示,目前6寸的硅晶圆价格是20美元,6寸的碳化硅要1500美元,当碳化硅成本能降到750美元,车用碳化硅的MOSFET就有机会普及,他估计「大概还要5年以上」。

汉民集团》从基板到代工技术,体系完整

汉民集团则是最早布局化合物半导体的公司,在结束瀚薪之前,汉民从车用化合物半导体芯片设计(瀚薪),基板和磊晶技术(嘉晶),到代工制造(汉磊),体系十分完整。汉磊也是台湾少数同时能制造氮化镓和碳化硅芯片的公司,也因此,瀚薪的解散更让人觉得不寻常。

晶成》具硅基氮化镓功率半导体制造技术

此外,富采(原晶电)由于LED制造原本就需要化合物半导体磊晶技术,2018年也将旗下代工事业分割出来,成立晶成半导体,专攻化合物半导体制造。2019年,环宇-KY也投资晶成,目前晶成也有能力提供硅基氮化镓功率半导体制造服务。

根据张翼观察,目前台湾在第三代半导体领域,是「制造强,两端弱」,做代工制造的公司很多,但有能力设计第三代半导体IC设计的公司却不多。高频电路设计需要数学、物理、电磁波理论基础,功率IC设计需机电(机械、电子、电机)整合背景,设计人才非常希有。另外,台湾也需要突破基板制造的技术;例如,制造通信IC需要绝缘碳化硅基板,如果台湾有能力自制基板,稳懋和宏捷科的发展会更为快速。

中国追兵虎视眈眈台湾不可轻忽

在发展第三代半导体上,不管台湾还是中国,与欧美仍有不小的差距。名列全球前10大半导体厂英飞凌,高级经理高金萍接受财讯采访时表示,目前全球主流车厂电动车规格已往800伏特高压平台发展,意即对台厂来说较为困难的碳化硅将成主流。英飞凌发展碳化硅技术超过25年,已有20家车厂在使用及评价英飞凌的碳化硅产品。

高金萍指出,未来不只电动车需要第三代半导体,从提升太阳能发电效率,缩短电动车充电时间,到提高数据中心的用电效率,缩小行动装置电源体积,都用得上这项技术。

目前,中国也拚命投资第三代半导体,如华为投资碳化硅磊晶公司瀚天天成;长期生产LED的三安光电,也因为使用的材料相近,发展受到瞩目。但业界人士透露,以三安光电为例,化合物半导体产能约为1,500片,跟台湾稳懋、宏捷科数万片的产能相比,仍有不小差距。

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