〈工業技術與資訊〉「南方雨林」催生強韌車電生態系

※來源:工研院
南部的車用零組件廠跟客戶關係緊密,隨時能與世界級車廠溝通,未來若能帶著半導體業者進入汽車供應鏈,事半功倍。(工研院協理兼南分院執行長吳誠文)
南部的車用零組件廠跟客戶關係緊密,隨時能與世界級車廠溝通,未來若能帶著半導體業者進入汽車供應鏈,事半功倍。(工研院協理兼南分院執行長吳誠文)

撰文/張玉圓

臺灣汽車零組件一年產值約 2,000 億元,南臺灣約占三分之一,車燈、碰撞件更是全球售後維修市場龍頭,隱形冠軍輩出。在自駕、聯網與電動化趨勢下,汽車零組件產業漸向電子零組件靠攏,耐高溫、高壓的化合物半導體,如氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC),將是帶領汽車零組件產業前進下世代智慧車輛的關鍵字。

臺灣半導體產業獨步全球,指的多是矽(Si)半導體,有別於第一代的矽半導體與第二代的砷化鎵(GaAs),被稱為第三代半導體的化合物半導體,如氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC),其高速、耐高溫、耐高壓的特性,主要應用於高頻通訊及動力電子元件。目前國際上僅少數大廠有量產製造能力,供給相當有限,但下游出海口卻十分廣泛,需求強勁,包括電動載具功率轉換與傳動、再生能源功率轉換、工業自動化控制、高頻通訊射頻電路等等,具有十足的未來性。而這正是工研院「南方雨林計畫」的技術核心。

化合物半導體已成為下世代產業的競技擂台,只不過,臺灣雖然具備完整的第一代半導體產業鏈,但過去在化合物半導體著墨較少,僅少量代工,並不具備上下游整合能量,功率半導體更缺乏經驗。尤其南臺灣以車用零組件及機械等「黑手」產業為主,真的有能力發展化合物半導體這項先進科技產業嗎?

發展化合物半導體 南臺灣具優勢

「絕對有!這正是南臺灣的優勢,」南方雨林計畫的發想者,工研院協理兼工研院南分院執行長吳誠文信心滿滿地說。吳誠文是電機博士,專長是半導體研發及應用;他也是臺南子弟,對南部產業十分熟悉。「劉文雄院長要我整合工研院在南臺灣的資源,讓研發工作和產業推動更為聚焦,我就想到了化合物半導體結合南部產業,能夠創造臺灣下一波競爭力。」

吳誠文說,南臺灣具有強韌產業生命力,許多全球第一的隱形冠軍都是來自南臺灣:像是裝置在特斯拉(Tesla)電動車、軌道車,甚至太空站的螺絲;保時捷、法拉利的鍛造輪圈;特斯拉電動車的傳動系統等。這些南部隱形冠軍的特性是,幾十年來跟著世界級大廠客戶學技術、改善製程,把產品做到爐火純青;「其先進程度以及國際格局,不亞於國內半導體和科技業,你不得不佩服他們。」

第一波應用 車用動力電子不缺席

在這些南方隱形冠軍之中,最適合投入化合物半導體第一波應用的,就是車用零組件廠,既有先天優勢,也有不能缺席的迫切性。首先在優勢方面,國內汽車零組件從車燈、鈑金、保險桿,早已進入全球一級車廠供應鏈,擁有現成的市場鏈結。相形之下,北部半導體及電子業,以消費性電子為主,在汽車市場占比甚低。「南部的車用零組件廠跟客戶關係緊密,隨時能與世界級車廠溝通,未來若能帶著半導體業者進入汽車供應鏈,事半功倍。」

其次,傳統汽車零組件產業具有轉型迫切性,隨著電動車、自駕車商機日益發酵,電子零組件在汽車的占比愈來愈高,國內車用零組件廠擅長的是金屬件及塑膠件,為追求持續成長,業者一直苦思轉型。「跨足車用動力電子,就是最佳突破點,」吳誠文說,電動車市場正在快速發展,以車用動力電子做為化合物半導體的出海口,短時間可立竿見影,增加業者的信心,也不會與既有矽半導體產業鏈衝突,甚至可以相輔相成,開創更多機會。

傳產跨足新興半導體 工研院弭平技術門檻

然而,放眼全球,目前擁有高品質 SiC 晶圓及元件研發與量產製造能量的,僅美國的 Cree、日本的 Rohm 等少數大廠,主因就是 SiC 高壓高功率元件的生成,從原料、設備、長晶、切割、研磨、磊晶到模組,每一個階段都是高技術含量。國內的車用零組件廠想要跨足化合物半導體的車電應用,門檻何其高?

這時候工研院就可以扮演積極的角色,擔任技術提供者以及整合平台。吳誠文說,在「技術與人才」方面,臺灣學術界長期培養的化合物半導體人才相當多,工研院內就有不少人,也握有為數可觀的 SiC 專利,搭配其他學研機構及既有的化合物半導體與車用電子分工產業,「以這些技術與人才為基礎,傳統車用零組件廠商從工研院的協助得到奧援,投入化合物半導體與車用動力電子產業就更有勝算,大幅提高了他們在地投資的意願。」

南方雨林計畫是以四年為目標,在南臺灣打造化合物半導體的整合元件製造公司(IDM),從設計、製造、封測到自有品牌的元件與模組,聯結到車用動力電子。搭配的還有原料、設備、晶圓切磨、熱處理封裝、軟體工具等,每個環節均可以由本土研發或進行國內外合作,希望在四年內達到試量產成效並衍生事業體。

打造化合物半導體 IDM 黑手變身高科技

車用動力電子包括馬達驅控、逆變器、電源轉換器、車載充電器等使用的功率晶片,及外接充電樁的功率調節元件等,目前多由國外大廠提供,購入成本甚高。未來臺灣若能製造,黑手產業可望搖身變為新興科技業。

最關鍵的部分除了「技術」,還有「人才」。吳誠文說,車用零組件產業在一般民眾的心裡,仍屬傳統產業,年輕人投入意願不高;但若跨足化合物半導體,轉投資新創科技公司,具備半導體的 DNA,人才磁吸效應就有機會發生。

雨林涵養萬物 化合物半導體帶來豐富應用

既有車用零組件業者擁有「市場」經驗優勢,工研院整合「技術」與「人才」,政府結合民間共同投入種子「研發資金」拋磚引玉,可望帶來車用動力電子新產業的投資。「南方雨林」已在南部與某汽車零組件大廠簽訂合作備忘錄,擬共同開發化合物半導體與車用動力電子技術。

如同雨林涵養萬物,豐富在地多樣生態,化合物半導體也能帶給南臺灣豐富的應用與新產業,因此未來「南方雨林」還有更長遠的規劃。吳誠文說,車用動力電子做為試金石,技術能量及營運規模建立後,未來還可打入更高壓的軌道車、工業馬達、再生能源電網等市場,產業實力二次升級。當臺灣製造的動力電子元件銷售到全球每個角落時,進一步能夠收集大數據,發展加值應用,數位產業也將應運而生。吳誠文說,「我們先從化合物半導體踏出第一步,過程勢必充滿挑戰,但如果說全世界有哪個國家可以做得到,臺灣肯定是其中一個!」

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 348 期 2021 年 1/2 月號,未經授權不得轉載。


《工業技術與資訊》月刊 | 《工業技術與資訊》月刊

《工業技術與資訊》月刊,現為工研院發行之全院性對外出版品,刊物發行於1991年,目前每期發行數量約為6,000份;對象含括全國具研發單位的中小企業、立法委員、政府官員、媒體等。

延伸閱讀