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【全文】特斯拉馬斯克助拳 台廠喜迎第3代半導體狂潮
發佈時間2021.10.02 05:58 臺北時間
更新時間2023.09.12 20:39 臺北時間
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- 繪圖｜米承鶴、林媛婷
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。
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。
「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。
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。
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。
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。
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。
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。