〈觀察〉鴻海也加入搶商機 SiC上游材料端供應仍面臨挑戰

電動車需求升溫,推升第三代半導體功率元件材料需求。(圖:AFP)
電動車需求升溫,推升第三代半導體功率元件材料需求。(圖:AFP)

隨著電動車市場需求升溫,除各半導體廠積極佈局第三代半導體材料外,鴻海 (2317-TW) 也加入搶攻碳化矽 (SiC) 功率元件商機;雖然產業鏈上下游整合,有助加速產品開發進程,但目前 SiC 元件量產最大困難,除成本高昂,上游原料取得不易、碳化矽晶圓製程難度高等,均是當前面臨的挑戰。

近來隨著電動車與混合動力車發展,第三代半導體材料碳化矽 (SiC) 材料快速在電動車領域崛起,主要應用包括車載充電器、降壓轉換器與逆變器。

特斯拉 (Tesla) 已在旗下 Model 3 電動車的逆變器中,率先採用 SiC MOSFET 元件,降低傳導與開關損耗,Model S、Model X 也同樣採用 SiC 功率電子元件,提升續航力;而 Honda、Nissan 也證實在電動車上使用 SiC 電子元件,分別可降低 46% 及 50% 能源損失。

據研調機構 Yole Développement 預估,2023 年起,SiC 功率半導體全年產值年增幅將超過 4 成,2025 年 SiC 功率半導體產值更可達 32 億美元

然而,SiC 功率電子元件性能與散熱表現雖然較佳,但受限成本過高,加上碳化矽是堅硬、易碎的非氧化物陶瓷材料,長晶時間長、包括切割、研磨及拋光等加工製程相對困難,製程複雜、技術門檻高,良率表現不如矽晶圓,成為上游材料放量生產卡關的關鍵因素,也使碳化矽目前在電動車領域滲透率仍不高。

中美晶 (5483-TW) 榮譽董事長、同時也是朋程 (8255-TW) 及大同 (2371-TW) 董座盧明光就直言,目前 6 吋矽晶圓價格是 20 美元,6 吋碳化矽則要 1500 美元,當碳化矽成本可降至 750 美元,車用 SiC MOSFET 就有機會普及,但預期時間至少要 5 年以上。

除面臨成本與技術困難,製造碳化矽晶圓原料,多需從國外進口,但越來越多國家視碳化矽材料為戰略性資源,採取出口管制,對台廠原料取得造成很大壓力。

從台廠材料端來看,矽晶圓大廠環球晶 (6488-TW) GaN on SiC(碳化矽基氮化鎵) 目前只做到 4 吋,SiC(碳化矽) 產能則朝 6 吋積極佈局中。

去年環球晶與交大合作成立化合物半導體研究中心,盼透過產學合作方式,加速 SiC 基板自主開發生產;母公司中美晶更成為宏捷科 (8086-TW) 第一大股東,朝下游晶圓代工領域佈局;且為確保長期穩定供貨來源,環球晶早在 2019 年就與上游供應商 GTAT,簽碳化矽晶球長約。

漢民集團為國內最早投入研發化合物半導體的廠商,漢磊 (3707-TW)  4 吋 SiC 產線已批量生產,6 吋產線也已建置完成,為首家擴增 SiC 產能的晶圓代工廠,且集團內也有磊晶廠嘉晶 (3016-TW) 資源挹注,相關車用電子元件開發及品質系統認證也相當順利,目前持續努力改善良率中,但相關產品對營運貢獻仍不顯著。

鴻海日前也透過買下旺宏 (2337-TW)6 吋廠,宣示進軍 SiC 市場的決心,並認為雖然集團在半導體業投入遲了 30 年,但現在剛好是第三代半導體從 4 吋轉往 6 吋的契機,未來該 6 吋廠將定位為研發基地、試產線,屬於小量產規模,目前集團規劃 2024 年 SiC 相關月產能可達 1.5 萬片。


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