第三類半導體應用多元 深化技術能量搶攻電力與通訊商機
- 洪千惠／DIGITIMES企劃
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碳有價時代來臨，SiC、GaN市場需求持續推升，但第三類半導體因材料特性導致的良率、產能與設計架構等挑戰也接踵而至，對此，在經濟部產業發展署指導下，DIGITIMES與資策會和台灣區電機電子工業同業公會（TEEMA）於5月中舉辦「第三類半導體前沿技術與應用商機論壇」，協助台灣產業因應相關挑戰。台灣區電機電子工業同業公會副秘書長呂正欽在致詞時表示，台灣在化合物半導體領域擁有知名大廠、元件製造經驗，已具備高度優勢，從這次各界踴躍與會的盛況，可見台灣產業高度重視此技術的未來發展，相信在產官學界的攜手合作下，將可創下另一成長高峰。
議程一開始，於Wolfspeed擔任Vice President of Marketing的Guy Moxey，以「Silicon Carbide - The Lead of Future Technology」為題發表精彩演講，為此次論壇揭開序幕。他指出SiC元件正處於快速發展階段，預計到2030年的市場規模將達120～200億美元。就應用面來看，SiC在電動車快充、太陽能逆變器、馬達驅動與不斷電系統等領域有顯著優勢，可提高相關設備的運作效率與功率密度，同時降低成本。以電動車為例，採用SiC車用三相逆變器可額外提升5%～15%效率，在工業馬達驅動及風力發電等大功率應用中，也有助於節能及提高輸出電流。目前Wolfspeed已計劃投資65億美元擴充SiC產能，他期望業界可協力推動，加快此技術普及速度。
DIGITIMES研究中心顧問分析師兼總監黃銘章也以「第三類半導體 SiC/GaN 發展及成長商機」為題，分析市場趨勢。他表示，2024年全球電動車銷售量預估年增2成，SiC元件在電動車應用具龐大商機，其中牽引逆變器（Traction Inverter）應用佔車用SiC營收比重超過90%，遠高於車載充電器（OBC）等應用。此外，在工業和能源領域如電動車用充電樁、太陽能、風力發電、伺服器電源供應器等場域，SiC今後也將有不錯的成長力道。GaN功率元件則以快充、個人電腦電源供應器、資料中心和車載充電器為主。
在政策面，中國官方已將第三代半導體納入《十四五產業科技創新規劃》，並通過租稅優惠政策和內需市場支持，促進本地企業快速成長。國際車廠也開始與中國車企合作，利用當地成本和技術優勢，共同拓展全球市場，形成今後一股不可忽視的勢力。預計2023~2029年期間，全球SiC和功率GaN元件/模組市場合計將增加90~100億美元，其中，SiC市場規模增加70~75億美元，功率GaN則增加20~25億美元。
對於第三類半導體發展前景，台大重點科技學院教授李坤彥從SiC切入，在「碳化矽引領電力轉換效率再進化」演講中剖析未來趨勢。他指出SiC具有高崩潰電場強度、優於矽的熱傳導率，在高溫下仍能穩定運作，使其在高效率、高可靠性的電力電子應用中佔有重要地位。在太陽能和風電系統中，SiC可有效提升系統轉換效率，減少能量損失，促進潔淨能源的發展；在電動車領域，SiC MOSFET可應用於驅動逆變器、車用充電器和快速充電站，加快充電速度並增加續航里程；在UPS和工業馬達驅動系統中，SiC可減少能量損耗，優化系統可靠度；此外，若比較IGBT和MOSFET兩種技術，他表示SiC MOSFET在高頻操作和低損耗方面更具優勢。整體而言，SiC可望成為電動車、再生能源和工業設備提升電力轉換效率的關鍵元件，深具發展潛力並滿足減碳需求，有助於引領社會與產業邁向高效、綠色的未來。
SiC、GaN商機誘人 半導體大廠積極布局
半導體元件大廠近年紛紛著手強化第三類半導體布局。台灣英飛凌晶圓代工服務事業部副總經理柯宇軒（Stephen Coates）在「英飛凌SiC與GaN引領AI伺服器電源創新」議題中，點出AI對資料中心電源的重大影響，以及英飛凌在高效能功率解決方案領域的領導地位。他表示AI伺服器對半導體的需求遠高於傳統伺服器，英飛凌目前已可提供Si、SiC與GaN等相關技術；在封裝創新方面，該公司推出的頂部散熱封裝，可釋放PCB底部空間，並有效降低寄生電感，搭配GaN元件，可將LLC諧振電路的開關頻率推升至4.5MHz以上，另一組最新的3.3kW參考設計電源模組，同樣採用GaN元件，在高達4.5MHz開關頻率下仍可實現97.5%以上的轉換效率，功率密度接近100W/inch，可滿足新世代AI伺服器電源的嚴苛要求。英飛凌持續投入GaN與SiC的創新並擴大產能，預計2027年前大幅提升相關產品營收，並協助資料中心客戶提升能源使用率，為低碳經濟做出重要貢獻。
TI（德州儀器）系統應用工程師黃文鴻在「如何藉由TI中電壓GaN提升系統效能」演講中提到，TI自2010年起開始自主研發GaN技術，並於2024年推出中壓DC/DC GaN產品。TI的GaN產品線包括多種封裝尺寸、散熱方式和保護功能，適用於升降壓轉換器、微型逆變器、直流馬達驅動器及伺服器電源供應器等應用。GaN技術的高頻運作能力可讓電源轉換器更小、更輕、更高效，適合電信用電源供應器和可攜式電源等領域。TI的LMG2100和LMG3100兩項產品，則可見證GaN技術在500W和2kW升降壓電源級（Power Stage）所展現的卓越效率和功率密度，未來TI將持續投入中壓GaN技術研發，在高頻、高效能電源轉換應用中扮演關鍵角色。
深耕功率元件多年的羅姆半導體（ROHM），近年推出多款第三類半導體解決方案。在「GaN整合驅動器成大勢所趨，有效簡化電源設計」議題中，該公司台灣技術中心資深工程師蘇建榮表示，羅姆半導體的GaN和SiC在高電壓、高頻率和高效率應用中具有顯著優勢。ROHM的EcoGaN產品在高頻運作時展現出色的動態導通電阻RDS（ON），可有效減少功率損耗，提高效率，適合應用於對效率和可靠性要求嚴苛的高頻電源供應器領域。對於未來，ROHM將繼續推動第三類半導體技術進展，並提供多種封裝和規格的GaN和SiC元件，產品種類則涵蓋分離式元件與模組，滿足客戶端的多元應用需求。
掌握數據完善驗證 優化技術研發效能
可靠性分析是各類半導體元件維持品質與效能的重要環節，閎康科技專案副處長張筌鈞在「寬能隙半導體元件可靠性分析與效能量測挑戰」演講中提到，GaN和SiC元件的高頻率運作、高耐電壓能力和高效率特性，雖在電動車、快速充電站及高頻率通訊應用中具有顯著優勢，但仍需克服可靠度和效能等挑戰。常用的失效分析技術包括3D X光檢測、掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡及電性故障分析等，這些技術可協助工程師快速找出故障原因，並提高產品可靠度，擁有完整分析環境與多年專業經驗的閎康科技，將可協助半導體業者透過進行可靠度測試和失效分析，降低進入市場的門檻。
擁有超過37年的電漿製程經驗的科學儀器大廠牛津儀器（Oxford Instruments），其所提供的創新電漿處理解決方案，全球裝機超過3,000套系統，英國與台灣都設有應用實驗室，可提供在地化支援和工程服務。業務經理林家宏在「Plasma Processing Solutions for GaN HEMT Manufacturing」演講中指出，牛津儀器的先進電漿技術，可廣泛應用各領域，GaN HEM製程中，其ALE和Plasma ALD技術可提供低損傷、高精度的解決方案。目前該公司已與羅姆半導體、工研院等知名企業和研究機構緊密合作，擴大下一代GaN HEMT設備製造和GaN MISHEMT生產流程優勢，未來，將藉由深耕此領域累積的技術能量，進一步鞏固市場領導地位。
晶片的製造過程十分複雜，在資料管理上面臨來源多、定義雜、可信度低、即時性差等挑戰，為解決上述痛點，商業智慧和數據分析平台大廠帆軟軟體提出了包括資料門戶、報表實施、自助分析和資料預警在內的全面規劃方案。台灣帆軟客戶成功經理朱郁文在「半導體產業的實踐：利用帆軟工具建立部門指標看板與預警系統」議題中提到，該公司基於藍圖規則為企業規劃的方案，可完成四大面向交付，一是可幫助報表使用者提升尋找資料的效率，降低報表管理者與使用者的溝通成本；二為可藉由帆軟FineReport+FineBI系統的完美結合互補，可輕鬆搞定企業IT的複雜報表與業務即時分析需求；第三是業務人員可透過簡單易用的前端分析工具，快速進行自助式分析，探索資料價值，實現資料驅動業務發展；第四是系統內建的預警功能，可透過監控企業各類經營資料，即時掌握潛在風險，並為高層主管和相關部門提供的預警派送，協助企業優化決策品質。
深耕技術、解決人才短缺困境 台灣可搶佔智慧化商機
議程最後，由IC之音《姚姚Tech666》節目主持人姚嘉洋與穩懋半導體董事長陳進財進行焦點對談—「從先進通訊技術發展看化合物半導體再突破」，探討化合物半導體在先進通訊技術所扮演的角色及相關應用。陳進財指出，化合物半導體卓越的電性表現，使其在5G通訊、AI、光通訊、衛星通訊、車用雷達、國防軍事等領域展現出深厚發展潛力。儘管當前5G受限於基礎建設進度緩慢，商業化進程不如預期，但業界仍對未來應用前景充滿期待。一旦5G網路能夠與AI、IoT等尖端技術進行深度整合，將為智慧家庭、智慧城市、智慧交通等創新應用開啟嶄新篇章，屆時化合物半導體的重要性會快速提升。
他接著表示，化合物半導體已成為AI和光通訊系統的關鍵元件，不僅被應用於光纖通訊的發射和接收端，近期備受矚目的矽光子技術、衛星通訊、車用電子乃至於國防軍事，化合物半導體的高功率、抗輻射特色，都將扮演關鍵角色，包括穩懋在內的台灣半導體廠商正積極投入技術研發。
面對未來發展榮景，陳進財認為除了發展技術，台灣還需儘快解決化合物半導體人才短缺問題。他建議可從兩大方向著手，一方面優化課程設置和實作訓練機制，為產業打造即戰力；另一方面則是降低海外高階人才引進門檻，鼓勵外籍留學生畢業後留台工作。他最後表示，隨著5G、AIoT、ADAS等新興應用商機的到來，化合物半導體市場需求勢必爆發性成長，台灣應整合各界資源、加快布局腳步，方能搶佔智慧化商機。
整合論壇中各專家觀點可看出，具備耐高電壓、耐高溫、低電阻與低切換損失等優異特性的第三類半導體（或稱化合物半導體），在電源與通訊領域極具發展潛力。儘管在技術和人才方面仍面臨諸多挑戰，但台灣產官學界如能通力合作，積極投入技術研發、優化人才培育機制、引進國際人才，同時善用在地化優勢，提供可靠度分析、先進製程與智慧化管理平台等配套措施，將有機會搶佔全球市場先機，為台灣半導體產業建立新里程碑。
參與者增添驚喜收穫。DIGITIMES
