迎接第三類半導體8吋晶圓新契機

每隔一段時間，筆者便會發表關於第三類半導體（氮化鎵，碳化矽）的看法，畢竟這塊園地是十幾年來筆者長期關注、耕耘及使力的地方。

十多年前在工研院時代，我們只知道第三類半導體，會是個時代及產業的趨勢，並不全然地清楚實際應用的場景及何時會發生。經過這些年頭，產業生態鏈逐漸完整，應用場景也日趨明朗，但是還尚未達到實際真正的引爆點。隨著8吋晶圓的導入，是有機會引起第三類半導體大爆發。

Yole在最近發表的市調報告，整體分離式功率元件（discrete power devices）市場規模在2022年達200億美元，預估在2028年會超越330億美元。這330億美元的市場規模，矽基功率元件仍佔大宗，但第三類半導體比例會到30%以上。碳化矽與氮化鎵的比例約略是4:1，也就是碳化矽80億，氮化鎵20億。

在市場應用上，幾年前流行一時的氮化鎵60W快充電源轉換器，只是個小眾市場。最近關注的焦點在於電動車的電控及電池充電系統，第三類半導體尤其是碳化矽扮演不可或缺的角色。然而近來火紅的AI算力中心的電源需求，第三類半導體的角色扮演，卻比較少受到關注。

不論是電動車或者AI算力中心，都需要大量的電流來驅動馬達或者是晶片。為了避免過度的電流在傳輸上造成損耗，以及減少導線承載電流的截面積，直流高電壓是個必然的趨勢。電動車已經由直流48V走到400V，甚至於800V的直流高電壓，AI算力中心也勢必跟隨電動車腳步，轉向直流高電壓。

相較於矽基的功率元件（MOSFET、 IGBT），第三類半導體在相關高電壓、大電流及切換頻率的表現上都優於矽基元件。電動車關注的在於高電壓及大電流，AI算力中心還須加上切換頻率，因為在機櫃內空間有限，提高切換頻率可以增加功率密度。

第三類半導體在供應鏈及應用端已逐漸成熟，市場何時會引爆？目前的重點在於價格。

舉一實際的案例，1個功率模組，若使用第三類半導體，其所需的元件數目可以是矽基元件的一半，但是遺憾的是整體的價格卻還是矽基的2倍。所以第三類半導體若能積極地導入8吋晶圓的製造，使得價格上能降低30～50%，引爆點就有機會發生。

氮化鎵已經有公司導入8吋晶圓的製程，至於碳化矽到2025年將有IDM公司如英飛凌（Infineon）、安森美（Onsemi）、Wolfspeed、羅姆（Rohm）、意法半導體（STM）、博世（Bosch）、富士電機（Fuji Electric）等陸續導入8吋晶圓，這些公司也或多或少有8吋氮化鎵晶圓的規劃。即將引爆的契機已快來臨，台灣的產業鏈該如何抓住呢?

第三類半導體技術及8吋晶圓廠對台灣都不是問題，問題在於商業模式。

無可諱言，目前矽基功率元件產品及技術領頭的廠商，都是國際IDM的大廠，因為這是個元件設計與晶圓製造需要密切配合，才能創造出優異產品的產業。然而在台灣，我們是以設計及晶圓代工分業，為主要的訴求，因此我們的功率元件廠商，只能配合晶圓代工廠所提供的標準製程，或做有限度的優化，在量大的市場內作價格上的競爭。

我們商業模式需要做些調整，整合是必要的，但不必然要走到IDM模式。

晶圓代工廠，尤其是能提供第三類半導體8吋晶圓的廠商，可以朝虛擬整合（virtual integration）的方向來規畫。也就是策略性地扶持少數幾家元件設計公司，在製程條件上予以充分的配合，宛如兩者是在同一個屋簷下工作，如此才有機會與國際IDM大廠一搏天下。

要能做到虛擬整合，必定不會是件簡單的事。我們已經失去矽基功率元件市場主導的機會，第三類半導體正準備引爆中，加上台灣優良的8吋晶圓經營的績效，我們是有機會在國際的舞台上發光發熱。