半導體
首圖來源:台積電。

【為什麼我們要挑選這篇文章】化合物半導體商機誰能搶佔?這與矽基半導體全然不同的半導體,台灣有什麼機會與風險?

以往是資優生的台積電會繼續保有優勢嗎?我們如何與歐美日中等大國競爭?一文帶你看懂什麼是化合物半導體,以及台廠的競合現況。(責任編輯:藍立晴)

第 3 代半導體成為熱議話題,不但台積電、中美晶等大廠搶進,鴻海也買 6 吋晶圓廠備戰,在這一場競爭激烈的第 3 代半導體戰役中,究竟有哪些廠商會從中脫穎而出,令人期待。

在第 3 代半導體之中的氮化鎵(GaN)以及碳化矽(SiC),因其耐高溫、高壓及高頻的特性,接連傳出被特斯拉、蘋果等指摽性廠商導入,目前滲透率雖低,但已受到許多台廠供應鏈關注,股市更颳起第 3 代半導體旋風。

第 3 代半導體為化合物半導體的一種,是一個過去就存在的技術,被點名受惠的公司股價皆一飛沖天,一名資深業者感嘆地說,「以前市場差,一堆做第 3 代半導體的都放棄去找其他工作,最近都開始回流了。」

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第 3 代半導體的商機究竟有多誘人,從各家廠商都預計導入的力度,就可略知一二。

以氮化鎵來說,因可大幅節省能耗、空間,戴爾、小米等消費電子產品廠商紛將其採用在快充頭上,據傳蘋果也將導入在快充設備上

除了充電器,在碳化矽基板上長氮化鎵的技術(GaN-On-SiC),更能應用在光達、基地台甚至衛星通訊等高階應用,雷達系統公司創未來科技董事長王毓駒指出,因為高功率、低能耗的特性,因此創未來的雷達裡,已經有導入氮化鎵晶片的方案。

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碳化矽應用更不在話下,自從特斯拉在電動車 Model 3 逆變器導入碳化矽元件後,以一顆碳化矽元件抵 4、5 顆矽功率元件的特性,被看好為能取代過去的 IGBT 模組。

除了電動車之外,其他包括太陽能、風電等需要高壓電力傳輸的場域,同樣可以看到碳化矽的身影。資策會資深產業分析師鄭凱安表示,「預計到 2025 年,碳化矽功率元件全球產值,至少會達到 20 億美元以上。」

目前第 3 代半導體還是由歐美 IDM(整合元件製造)廠壟斷,但隨著各家業者大舉投入第 3 代半導體,以及電動車、軍工航太、資料中心、基地台等新興應用起飛,台廠莫不期待能在其中扮演一定的供應角色。

鴻海研究院半導體研究所所長郭浩中分析,「台灣在化合物半導體滿強的,在元件上雖然材料美國比較厲害,但是製造端有台積電、穩懋,封裝有日月光,台灣是有機會做起來的。

化合物半導體、矽基半導體差很大,台廠學習曲線長

放眼看去,除了原本就稱霸矽晶圓領域的台積電、日月光、環球晶等,均布局卡位第 3 代半導體一段時間;在第 2 代半導體砷化鎵(GaAs)領域深蹲已久的穩懋、宏捷科、全新等,也擺出對第 3 代半導體勢在必得的態勢。

此外,功率元件供應鏈如強茂、漢磊、世界先進,以及從 LED、太陽能領域跨足的富采、太極、穩晟等,也摩拳擦掌投入第 3 代半導體。

任職漢磊達 6 年的前總經理莊淵棋曾在一場論壇分析會讓台積電、聯電投入氮化鎵代工技術的關鍵,「是因為它跟代工廠原本的設備相容度達 9 成以上且氮化鎵有機會轉到 8 吋廠投片(目前大部分在 4 吋廠、6 吋廠投片),只要多添購專用設備就好,其他都可以轉來專用。」

但莊淵棋也坦言,化合物半導體與矽基半導體差異甚大,「需要很長的學習曲線,不是廠商不願意做,而是不知道怎麼做。對台廠而言,向學界取經是最快的一條路徑。

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氮化鎵戰場:台積電表現最突出、聯電全力衝刺、穩懋持續發展

有超過 10 年氮化鎵研究經驗的陽明交通大學終身講座教授張翼透露,其實數年前台積電為了研究氮化鎵代工技術,就派人在張翼的研究室裡拜師了一到 2 年。

台積電已經擁有外商 Navitas(編按:納微)、意法半導體等矽基氮化鎵代工訂單,可說是台灣目前在氮化鎵領域表現較為突出的代工業者。

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而聚焦成熟製程的聯電,為了衝刺氮化鎵領域,近日更宣布布局充電應用、投資封測廠頎邦,同時也找來長庚大學教授邱顯欽坐鎮,深化在射頻的碳化矽基板上長氮化鎵技術。

邱顯欽表示,「聯電現在有很多既有的 RF-SOI(射頻絕緣上覆矽)客戶,再加上聯穎有聯電的 6 吋廠支撐,最快明後年可以看見成果。」

至於投身化合物半導體長達 20 年的穩懋,則選擇在南科擴廠迎接未來商機。

穩懋專攻射頻、通訊應用,目前在砷化鎵代工市占率高達八成,受惠於 IDM 廠持續釋出代工訂單,根據匯豐證券預估,過去五年穩懋每年複合成長率達到兩成,未來第三代半導體是否也會走向專業代工模式,值得持續關注。

穩懋代理發言人吳俐蓁指出,穩懋氮化鎵營收占比為個位數,未來會持續發展這個領域,「我們氮化鎵產品都是應用在高功率、高頻率的基地台、衛星通訊應用上。」

抱團才能殺出血路?漢民、中美晶走垂直結盟模式

不過,相比於代工廠商紛紛出招,台灣也有不少業者想走垂直結盟模式,補足眼下的不足,其中以漢民、中美晶集團為代表。有資深業者表示,「現在 IDM 廠都在想辦法獨吃市場,各種合縱、連橫政策已經出現,台廠必須抱團才能殺出血路。」

漢民集團投資第 3 代半導體多年,目前擁有自主研發的基板技術、磊晶廠嘉晶、代工廠漢磊,漢民集團創辦人黃民奇更是氮化鎵設計廠宜普(EPC)共同創辦人。

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漢磊宣稱是亞洲唯一具量產規模的第 3 代半導體代工廠,今年上半年也終結兩年的虧損,是業界相當關注的碳化矽指標業者。

由徐秀蘭領軍的中美晶集團,同樣是其中的佼佼者,環球晶除了已與美國碳化矽晶球廠 GTAT 簽下長約外,也同樣透過入股結盟的方式,完成了結合基板與磊晶、砷化鎵代工廠宏捷科、車用二極體模組朋程的營運模式。

不過,有化合物半導體分析師指出,目前中美晶集團較有優勢的地方屬於原料及代工,未來是否能在設計、模組殺出重圍待觀察。

最後,則是作風較為低調的 LED 大廠富采集團,據一位了解富采內部的業者透露,富采除了封裝仍需要外包外,其他部分幾乎在集團內都有布局。

富采與砷化鎵代工廠環宇合資成立的氮化鎵代工廠晶成半導體,目前已可提供客戶,從磊晶到代工的前段一條龍製程解決方案,在設計端,內部也有漢威光電、嘉和半導體分頭進行開發。

只不過,台廠雖個個看似蓄勢待發,但目前已實際打出成績的業者,卻是屈指可數。

台廠蓄勢待發卻沒成績,有 3 大難題待解決

難題 1〉IDM 居主流,成本高、以高階市場為主

關鍵之一在於,IDM 廠仍舊占據了大部分的第 3 代半導體市場,因此,除了應用在充電的氮化鎵出現了許多 IC 設計公司,讓台灣磊晶、代工廠有一定發揮空間外,他如碳化矽基板上長氮化鎵,以及碳化矽元件領域都還未看到明顯的代工訂單釋出。

到目前為止,第 3 代半導體價格仍居高不下,導致市場受限。

王毓駒直言,同樣的晶片面積,氮化鎵製造的成本比矽製程多了一百倍,「我們都是高價產品才會導入。」一名分析師也提醒,目前功率元件概念股「現在其實吃的是漲價潮,公司第 3 代半導體的營收占比還是偏低。」

難題 2〉價格競爭力差,須向日、美購買上游材料

其次,上游基板、磊晶材料都掌握在日本、美國廠商手上,則是一大隱憂。

有業者憂心,若是 IDM 廠能以低價格取得上游材料,對擅長垂直分工模式的台廠來說,短時間恐怕沒辦法取得較佳的價格,若上游成本就多人一截,價格競爭力並不顯著。

難題 3〉難以打進下游,產品已開發,但無人採用

其三,下游客戶採用意願仍有待突破。

由於台灣缺少本土汽車、通訊設備等品牌供應鏈,難以打入國外封閉的系統,有功率元件業者就私下表示,其實公司相關產品早已經開發完成,但迄今沒有外商願意採用。

一名台灣業者也坦言,台灣化合物半導體公司規模不夠大,「代工業者希望客戶先下大單給他,但 IC 設計公司也希望等到製程有進步再開始下單,最後就會變成死胡同。」

中國積極投資化合物半導體,總投資額超過 700 億人民幣

相對於台廠的小心謹慎,急於在半導體取得亮眼成績的中國,則挾帶市場資源積極投入。

根據調研機構 TrendForce 調查指出,去年中國約有 25 筆第 3 代半導體投資擴產項目(不含 LED),總投資金額已逾7百億元人民幣,年增 180%,成為未來各國的心腹之患。

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不過,業界預期,隨著基板禁運政策未變、技術程度受限,短期中國「也許能做出 1、2片做 Demo,但是無法量產,把良率搞起來。」但畢竟無人敢忽視中國想自主發展半導體的決心,是否終究會對台廠造成排擠效應,仍待釐清。

不過,就長期來說,不論前景如何,誠如環球晶董事長徐秀蘭所言,「第 3 代半導體很重要又很困難……,對台灣來講,也是不可錯過的市場。」

過去,台灣曾經一度出現砷化鎵熱潮,汰弱留強後,由穩懋脫穎而出,成為全球化合物半導體代工霸主。如今,第 3 代半導體將再起風雲,最後究竟有多少台廠勝出,值得拭目以待。

讓台積、穩懋都上門求合作!台灣氮化鎵的先行者

台灣第一家砷化鎵元件製造廠漢威光電,日前決定切出 4 吋廠獨立引資或出售,據了解,陽明交通大學終身講座教授張翼新創立的易達通科技等都有興趣,其中又以易達通最受矚目。

張翼可說是台灣化合物半導體元老級人物,鑽研相關技術超過 30 年,一路從材料、磊晶、製程都有涉足。

張翼的學生、目前任職聯鈞光電的蕭佑霖表示,張翼教的研究項目通常具有商業化前景,比如他在 2006 年就開始氮化鎵的研究,那時氮化鎵甚至還未被稱為第 3 代半導體,「現在他的學生都分布在第 3 代半導體業界,包括台積電、世界先進等公司。」因此,元老級的張翼一有動作,自然會成為業界關注焦點。

現在最火紅的氮化鎵,張翼早在 10 多年前就開始與夏普展開合作研發,他透露,「他們找我做 GaN-On-Si(矽基氮化鎵),那時不知道要幹嘛,後來才知道他們把這個技術拿去做逆變器,相信我應該是台灣第一個做的。」

張翼的經驗吸引台積電、穩懋找上門求合作,兩公司分別在陽明交大成立聯合研發中心,都由張翼擔任主任。

面對記者問起易達通對漢威光電的四吋廠規畫,張翼低調地表示是有規畫部分入股,「之後一些東西在他們那邊做。」他並透露,未來易達通採取 IDM 模式,預計明年上半年推出應用於 5G 基地台的高頻氮化鎵元件來搶攻市場,「這是國內業界沒有人做過的技術。」他神祕地說。

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(本文經合作夥伴 今周刊 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為〈「以前因市場差,一堆放棄去找其他工作的人,現在都回流了…」搶第三代半導體商機,台廠誰穩操勝算?〉。首圖來源:台積電。)