台灣之Å 世代半導體研發
目前正在開發1Å(10–10 米 = 0.1奈米)解析度快速掃描穿透電子顯微鏡,能譜取樣技術於矽半導體應用,與台積電共同合作開發原子級檢測技術,可以檢測到次奈米(Å)解析度,已達產業「線上」量測所需。此外,也共同合作實現高密度(0.13 Gb/mm2)三維記憶體陣列。值得注意的是,台灣開發與國際同步Intel之2層異質垂直互補式場效電晶體(Complementary FET, CFET)元件驗證,而CFET優於叉型片電晶體(forksheet transistor),使其成為1nm以下邏輯技術節點的極具吸引力的元件架構。目前半導體研究開發紛紛偏向於次奈米(sub-nanometer),而次奈米是指尺寸小於1奈米(nm)的物質,具有獨特的物理、化學和生物學特性,對許多領域的發展有重要作用。因此,台灣許多研究機構都用Å 來表達次奈米。[20230427]羅姆的第四代SiC功率元件供應日立Astemo逆變器,以做車載使用
Rohm的第四代SiC功率半導體,已獲得Hitachi Astemo採用,將搭載於EV使用的逆變器(Inverter)[11]。Rohm由2010年開始發展,至今2022年,已經發展出第四代SiC產品出來。如今Astemo使用在EV上,以提高功率效能,這能帶給台灣什麼啟示呢?除了提早布局,深耕技術外,可能還要注意除了EV外,未來的6G可能是一個很重大的關鍵,因為高頻技術需要化合物半導體的協助才有辦法使用更高、更大的功率。[20221226]
鴻海可否整合台廠第三類半導體跨足B5G/6G 車聯網、衛星?
台廠的第三類半導體整合商機,可否被鴻海所整合呢?鴻海的確有此優勢,鴻海動作頻頻。鴻海近2年內,買下旺宏6吋廠,入股盛新,使盛新母公司廣運投入SiC長晶爐自製上,心無旁騖[10]。鴻海的確看到商機,也想將第三類半導體整合進自家的電動車、衛星市場之中。[20220914] Tesla引領SiC風潮發展
Tesla率先引用SiC,確實可以加速整個化合物半導體的生態[7],只是為什麼穩定度是問題?會需要客戶買單?穩定度為什麼會是問題?所有產品的通則問題,就是為了求快! 這是不可避免的,當初微軟推出Win95時,就表示推出百分百沒問題的產品是不可能的,只要80%沒問題,後續慢慢修即可,Tesla也是走這路線。天下武功,唯快不破![20220628]
引用[7]Tesla的SiC MOSFET,回到2017年的時空背景,當時由Tesla要求供應商意法半導體(STM)為其「量身打造」,從設計、封裝的方式,採用的是Discrete(分離式元件)的小模組封裝。小模組封裝最大的優點就是有效率、又好用。
以Tesla的Model 3採三合一電驅動總成的方式,小模組可以更有彈性的搭配該設計,可以很快速因應不同要求的功率解決方案。而缺點就是,每個元件多少都有些微差異性、尤其是呈現出的電性不同,再加上安裝上車後,所處不同位置、面臨的溫度甚至是電流也可能不同,在汽車行駛一段時間後,各元件差異性就會更為明顯。
例如,某元件所處位置相對高溫、出現問題的機率就比其他元件來得高。一個元件出了問題,卻可能連帶影響整車的運作。所以,從Model 3及其他款車陸續推出至今,隨著時間推演,車內的某個小模組可能無法正常控制電流或故障。
值得注意的是,這也可能是當時的競爭對手「早預期可能會發生」的事。因為當時不少車廠更早規劃引入,考量到SiC的料源取得不易、成本高,還有對系統穩定度似仍有不符合預期等問題。
化合物半導體新加入台達電,強化台灣競爭力!
化合物半導體又有新業者台達電投入,台達電看到契機進而提早布局,透過成立子公司碇基半導體掌握上游設計脈動,結合本身功率技術優勢[6],這是明智選擇!
化合物半導體可以說是台灣立於不敗之地,台灣本身長期以來的半導體優勢,應該竭盡所能地大舉投入化合物半導體技術開發,如此才能以此為基礎,幫助在台灣的資通訊各領域發展![20220624]
化合物半導體勾起往日電子學的回憶
目前半導體研究已進化成第三代化合物半導體,由第一代的矽,到第二代的砷化鎵(GaAs)/磷化銦(InP),演進到第三代,以氮化鎵(GaN)及碳化矽(SiC)為主的化合物半導體!想起以前上半導體製程及電子學的課程,那些往事回憶又一一浮現!這是一個台灣立足全世界的產業,我們有半導體上中下游高整合的產業,我們需要好好利用這優勢向外為擴充!但是該怎麼擴充呢?[20220520/20220427]
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台灣以目標2030年臺灣矽製程必須要突破1奈米為前提,提出三大前瞻計畫!
1. 矽基半導體領域:推動「Å世代半導體計畫」(110-114年),加速12吋前段關鍵設備、三維晶片(3D IC)封裝設備通過終端廠驗證,同時補助管制材料自主,開發高速、低功耗之運算元件,應用於電腦、手機、汽車等。
2. 化合物半導體領域:推動「化合物半導體計畫」(111-114年),串聯半導體產業鏈上下游節點,規劃加速8吋關鍵製程設備開發,推動SiC(碳化矽,為第3代半導體材料)粉體、8吋SiC晶圓自主,並鎖定高功率元件應用於電動車(摩托車、電動巴士)、綠能(風電),及高頻元件應用通訊(5G/6G)、低軌衛星。
3. 量子領域:推動「量子科研計畫」(111-114年),聚焦量子運算、量子通訊,發展矽基技術,以因應10年後的運算需求、進而擴大臺灣半導體產業未來發展空間。
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針對這些領域都是相當有前瞻發展的機會,也可以作為台灣6G的一項利基點!
化合物半導體的創新應用已成為未來半導體產業重要的成長契機,特別是以氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)為首的寬能隙材料,由於具備高頻、耐高溫、耐高壓與可實現更高功率密度等優異特性,可滿足全球5G/6G高頻通訊、汽車電氣化革命,及淨零碳排等趨勢發展需求,因而吸引各國業者競相投入。
聯家軍的第三代半導體與6G發展
聯家軍開始布局於第三代半導體,這是明智的決定!不過6吋還是8吋發展,誰勝誰優還得研究比較,不過聯電策略是8吋第三代半導體! 另一方面我們護國神山台積電呢?有無動做呢?[20220509]
看到SiC的新聞[2],台灣的業者需要密切注意6G發展趨勢! 化合物半導體對於整個產業有很大的幫助並且受益於電動車的拉動使SiC在2021年成長57%,不過六大供應商都不是我們台灣[3]!20220429
化合物半導體氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC)優點整理:
- 全球開始重視碳排問題,高效率、低能耗、散熱快 (節能/高穩定/高壓)
- 寬能隙(Wide BandGap,WBG)元件,由於具備高電子遷移率和高功率轉換效率、高擊穿電壓,在耐高溫、高電流環境下仍有極佳效能(高穩定),具備高頻、耐高壓與可實現更高功率密度
- GaN
- 其材料特性不只能協助電動車電池實現高壓設計,還能透過小尺寸封裝,縮小電源IC尺寸,比矽基的絕緣閘極雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)更具優勢[8]
- 矽的使用範圍較廣,但是如果在特定領域,例如高功率應用,以及為了提高產品設計彈性而將功率元件縮小,功率元件需要提高運作速度,而運作速度受到不同半導體材料特性的影響,矽皆有其限制。例如1000V以上的高壓或者手機傳送無線電波等射頻應用,考量功耗等方面的需求,矽不是最適合的半導體材料,這時便需要考慮採用化合物半導體[8]
- 以電動車為例,充電方面就需要解決現階段充電速度過慢的問題,因此未來的電動車車款,除了基本的動力需求,電池的電壓會持續增加,以便在同樣功率下,將電壓提升、電流降低,縮短充電的所需的時間。已有高階車款採用800V的系統,現在多數電動車雖然以300V的電壓為主,但是在可預期的未來,電動車電池會朝800V設計。由於GaN先天的耐壓特性較矽佳且損耗更低[8]
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- 全球僅有7家企業能夠生產8吋碳化矽基板,包括英飛凌、Wolfspeed、羅姆(Rohm)、意法半導體、II-VI、Soitec,以及中國爍科晶體。前不久,Wolfspeed宣佈其位於美國紐約州Mohawk Valley的碳化矽晶圓製造工廠正式開業,據稱這是全球最大的8吋碳化矽晶圓廠[9]。
半導體元件製造鏈主要包括基板→磊晶→設計→製造→封裝。碳化矽是具有1X1共價鍵的矽和碳化合物,在天然環境下非常罕見,雖然透過人工合成可以製造,但受制於技術,長晶速度很慢。另外碳化矽莫氏硬度為13 (僅次於硬度分別為14和15的碳化硼和鑽石),因此後段加工也極其困難[9]
基板製造難度也較大。基板製造佔晶圓加工總成本的50%。良率低使碳化矽晶圓的主流尺寸一直是滯留在150mm (6吋),而200mm (8吋)晶圓遲遲未能批量生產,導致產量上不去,無法滿足下游需求[9]
- 6吋與8吋碳化矽生產的主要差別在高溫製程上,包括高溫離子注入、高溫氧化、高溫啟動等,還有就是這些高溫製程所需的硬光罩(hard mask)等。擴徑到8英吋後,基板生長難度會成倍增加;還有就是基板切割加工問題;基板尺寸越大,相應的切割應力、翹曲問題越顯著[9]。
依6吋計,目前全球碳化矽晶圓年產能約在40~60萬片。就特斯拉Model 3而言,不但主逆變器上的24個電源模組上需要用碳化矽,OBC、慢充充電器、快充充電樁等地方也都要用。折算下來,相當於每輛車就消耗掉半片晶圓。而該公司2022年度的交車計畫為100萬輛,如此一來,僅特斯拉一家就將全球碳化矽晶圓消耗殆盡[9]。
Reference:
[11][20221223]羅姆SiC功率元件再下一城 供應日立Astemo逆變器
羅姆半導體(Rohm)宣布旗第四代碳化矽(SiC)功率半導體,已獲得日立Astemo(Hitachi Astemo)採用,將搭載於電動車(EV)使用的逆變器(Inverter)。日經新聞(Nikkei)、Monoist等報導,日立Astemo2025年起,逆變器將供應給多家車廠,其內部搭載的SiC功率半導體就是羅姆第四代SiC MOSFET,同時也搭配羅姆的閘極驅動器晶片(Gate Drivers IC)。
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逆變器:
https://www.jendow.com.tw/wiki/%E9%80%86%E8%AE%8A%E5%99%A8
逆變器(英文inverter)是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電(一般為220V,50Hz正弦波)。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用於空調、家庭影院、電動砂輪、電動工具、縫紉機、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機、抽油煙機、冰櫃,錄像機、按摩器、風扇、照明等。在國外因汽車的普及率較高外出工作或外出旅遊即可用逆變器連線蓄電池帶動電器及各種工具工作。通過點菸器輸出的車載逆變是 20W 、 40W 、 80W 、 120W 到 150W 功率規格
逆變器(英文inverter)是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電(一般為220V,50Hz正弦波)。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用於空調、家庭影院、電動砂輪、電動工具、縫紉機、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機、抽油煙機、冰櫃,錄像機、按摩器、風扇、照明等。在國外因汽車的普及率較高外出工作或外出旅遊即可用逆變器連線蓄電池帶動電器及各種工具工作。通過點菸器輸出的車載逆變是 20W 、 40W 、 80W 、 120W 到 150W 功率規格
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羅姆從2010年開始量產SiC MOSFET,到2020年已發展出第四代SiC MOSFET。據羅姆稱,第四代SiC MOSFET搭載於車載逆變器,用電效率可比IGBT高出6%,有助於提升電動車的續航力。
羅姆在2022年11月與馬自達(Mazda)、今仙電機製作所(Imasen Electric)簽訂合約,聯手開發包括電動車驅動系統(e-Axle)在內的逆變器與SiC功率模組,其中的SiC模組由羅姆負責供應。
羅姆的SiC功率半導體也向中國、歐洲等地擴展。2022年11月,羅姆與中國基本半導體公司簽訂車載SiC功率元件的戰略合作夥伴協議,研發新能源車的SiC功率解決方案。
2022年7月,羅姆與德國Semikron宣布加強合作,羅姆第四代SiC MOSFET將搭載於Semikron的車規級功率模組。這款模組將於2025年起供應全球客戶,已與一家德國大型車廠簽署10億歐元(10.55億美元)供應合約。
羅姆為了擴充SiC功率半導體產能,在日本福岡縣興建新廠,並在2022年12月正式量產。
日立Astemo採用SiC功率元件的逆變器,及相關的電動車驅動系統等產品,在2022年增加了本田(Honda)、日產(Nissan)等客戶。
日立Astemo(Hitachi Astemo)在2022年9月宣布,獲得本田(Honda)訂單,預計2026年起本田於全球銷售的中型與大型電動車,將搭載日立Astemo的e-Axle系統與逆變器。
另外,日立Astemo的e-Axle系統也將出貨給日產的車用零組件一級供應商Jatco,然後供應給日產的純電動車與e-Power混合動力系統的油電車。
[10][20220914]政府扶植本土第三類半導體 泛鴻海等口袋名單呼之欲出
政府欲扶持本土的第三類半導體產業技術近2年,期待以具垂直整合的方式、讓參與業者攜手合作,只是整合難度較高,一直未見明朗化。近期市場傳出,口袋名單呼之欲出,預估由環球晶、漢民,以及為泛鴻海的盛新、其母公司廣運等投入運作。由於仍未拍板,存在變動性,後續仍由各業者公告動態為主。
供應鏈業者表示,政府該項計畫以產業及研究機構共同投入,包括南方雨林計畫、或工業局公告的「產業升級創新平台輔導計畫」都含在範圍內。整體的規劃是從上游材料、設備,元件,再到主力應用端,進行垂直整合布局。
近期傳出,口袋名單漸明朗化,以環球晶、漢民、廣運為主。其投入的項目包括8吋導電型矽化矽(SiC)矽晶圓製程、6/8吋共用半絕緣型SiC晶圓製程,8吋氮化鎵(GaN)磊晶製程。還有,技術必須超越目前台灣產業水準,或有其他創新技術及具備或超越國際業者的研發力。
供應鏈業者指出,招募花了近2年的時間協商,近期口袋名單才漸明朗化,比預期延遲,其實也浮現台灣化合物半導體產業發展的近況:
首先,需求如瘋狗浪崛起。由於電動車、新能源、5G、AIoT等未來產業崛起,為化合物半導體創造大舞台,使全球各產業鏈積極跨足,即使技術發展仍不及歐、美成熟的台系廠,國際客戶詢問度亦高。也更明顯浮現,過往台灣垂直整合度布局不完整,過往盤算的跨國購併、已被其他國際對手出高價捷足先登。
再者,業者分身乏術。台灣SiC供給正由4吋跨足主流6吋,且6吋長晶量產仍未成熟。所以,相關業者忙於6吋量產運作,好因應客戶需求;對於政府關注投入未來性的8吋研究顯得分身乏術,關鍵之一在台灣相關人才不足。尤其中美關係緊張,中國在此領域積極追加補貼,也讓台灣流失部分人才。
最後,鴻海的急起直追,添加產業鏈完整性。鴻海近2年內,完成買下旺宏6吋廠,入股盛新,更讓盛新母公司廣運在投入SiC長晶爐自製上得以更心無旁騖,泛鴻海的SiC布局,讓每一環節的出海口都更有保障。
供應鏈業者說,可以發現上述口袋名單業者都有一定的垂直整合力,集團本身欠缺製程的環節、還可以透過彼此相互支援運作。
例如三家業者均有SiC長晶,其中,環球晶具SiC切晶最成熟,而漢民旗下嘉晶有磊晶產能可檢測、漢磊是SiC與GaN老字號晶圓廠,而鴻海購併的旺宏6吋廠投入SiC晶圓生產,最後再到應用至充電樁、電動車等領域。
其實工研院本身就有不少相關部門投入研發及驗證,鴻海及其力推的MIH也可進行充電樁及電動車的驗證。政府期待的就是一個島內的閉鎖運作,得以透過相互扶持,快速拉升先進技術。
放眼國際,其實化合物半導體,不論是SiC或GaN,正也快速滲透各新興產業中,其實又以充電樁、電動車的需求潛力最被看好,而當下,太陽能、再生能源發電的工業用需求成長仍堅挺。這使龍頭廠WolfSpeed持續追加擴產計畫,而其背後動力即是滿手訂單。而台積電的GaN代工備受國際大客戶肯定。
[9][20220706]寬能隙元件在EV中全面普及只差臨門一腳 [Source:EE Times]
https://www.eettaiwan.com/20220706nt61-wgb-components-in-ev/?utm_source=EETT%20Article%20Alert&utm_medium=Email&utm_campaign=2022-07-07
[8][2022-07-18]節能/高穩定/高壓需求水漲船高 高功率密度電源應用開枝散葉 [Source:Micro-Electronics]
黃女瑛/台北
自2017年Tesla推出Model 3,驅動逆變器(Traction Inverter)部分捨棄傳統絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、率先引入碳化矽(SiC) 金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET),形同為全球SiC產業打了劑興奮劑,啟動全球第三類半導體新一波擴產潮。
就在Tesla後續其他車款都引入SiC MOSFET後,2022年4月Tesla在中國公告,召回生產日期在2019年初~2022年初生產Model 3約12.8萬輛,召回主因為車輛的後電機逆變器功率半導體存在微小製造差異。
Tesla SiC MOSFET動態觀察
這將使部分車輛使用一段時間後,逆變器無法正常控制電流或故障;進而出現在停車時恐無法再啟動,在行車時恐失去行駛動力,而間接發生碰撞等安全疑慮。所以,Tesla將透過空中下載(OTA)實施召回,以對車的後電機逆變器進行緊密監控,並及時對相關故障後逆變器免費更換。
針對此案,綜合供應鏈看法來討論,分別以OTA、設計、SiC三個重點陳述。
OTA能解決所有問題嗎?
若為軟體出問題,其實使用OTA再合理不過。但是,別被「軟體定義硬體」這名詞沖昏了頭,以為OTA能解決所有問題。當下,至少不是整車都可以透過OTA來治百病,也不是每個聯網的節點、都可以OTA。而該案啟人疑竇的點就在Tesla同步釋出的OTA解方。
供應鏈業者直言,若是硬體、如這類元件或材料等出了狀況,再強的OTA都改變不了零件本質上的物理問題,這得進行實體的維修、更換。由於驅動逆變器歸類在動力總成(Powertrain)五大汽車功能系統內。該系統常做的OTA升級,其實是電池管理(BMS),這個節點多數掌控的就是鋰電池的電力調節部分。
若從系統業者的視角來看,利用OTA來調整後驅逆變器,改善的機率不高。若BMS角度來看,Tesla極可能透過OTA讓備存電池量能釋放,讓整車的運作較為平穩,必要時則進廠進行硬體的維修。這讓市場臆測,該案可能除了SiC MOSFET有疑慮,可能連帶電池都有涉入。
當然,不排除Tesla或許在汽車的結構設計上,有別於一般供應鏈業者的認知,畢竟除了Tesla本身外、外界難探得整個事件的全貌。上述是綜合供應鏈不同業者觀點所做整合,相關細節仍以Tesla公告內容為主。
從設計視角來看可靠度
從半導體業者立場來看,除重申OTA難以解決公告出示的內容問題外。其檢視重點會以SiC元件、穩定度、製造運作等多面來評估,當然,若有可靠度問題,那勢必得從頭開始全面檢視及改造。
業者指出,其實Tesla的SiC MOSFET,得回到2017年的時空背景,當時由Tesla要求供應商意法半導體(STM)為其「量身打造」,簡單地說,從設計、封裝的方式,採用的是Discrete(分離式元件)的小模組封裝。小模組封裝最大的優點就是有效率、又好用。
以Tesla的Model 3採三合一電驅動總成的方式,小模組可以更有彈性的搭配該設計,可以很快速因應不同要求的功率解決方案。而缺點就是,每個元件多少都有些微差異性、尤其是呈現出的電性不同,再加上安裝上車後,所處不同位置、面臨的溫度甚至是電流也可能不同,在汽車行駛一段時間後,各元件差異性就會更為明顯。
例如,某元件所處位置相對高溫、出現問題的機率就比其他元件來得高。一個元件出了問題,卻可能連帶影響整車的運作。所以,從Model 3及其他款車陸續推出至今,隨著時間推演,車內的某個小模組可能無法正常控制電流或故障。
值得注意的是,這也可能是當時的競爭對手「早預期可能會發生」的事。因為當時不少車廠更早規劃引入,考量到SiC的料源取得不易、成本高,還有對系統穩定度似仍有不符合預期等問題。
在維修考量上,供應鏈業者認為,由於Tesla是三合一電驅動,基本上這些小模組嵌入其中,極可能牽一髮動全身,所以,更動設計的大工程是不可能、因為成本太高;不過上述的情況推估供應商亦早有考量,因此得以提出解決方案來因應。
與之相對比的,即是英飛凌(Infineon)的HPD(HybridPack Drive)封裝,這是英飛凌註冊的名稱,供應鏈業者指出,其他高比例SiC業者採類似的封裝設計原理,只是各有不同名稱。相較於Tesla採元件封裝的小模組,HPD導入初期對汽車設計的挑戰度相對高。
供應鏈業者坦言,其實市場也在觀望,Tesla後續是否因此而將初始設計改朝換代。實際上各封裝與設計,沒有絕對的優劣勢,但考量到不同的時空背景,當下的SiC產業相較於2017年前更為成熟、且具競爭力,有誘因讓Tesla改變策略。
SiC發展進程踩煞車?
不可否認的是,Tesla率先將SiC MOSFET應用在Model 3,不但為SiC寫下歷史關鍵性的篇章,同時也為第三類半導體產業掀起萬丈波瀾。
首先,英飛凌是功率元件的龍頭,尤其IGBT締造的豐功偉業、讓諸多競爭對手甚至看不到車尾燈,英飛凌對於第三類半導體扎根亦深,但意法半導體搶得Tesla的SiC先機,並搭上Model 3的銷售不斷創新高,竟成就了「彎道超車」。在這個時間點,車用SiC MOSFET仍以英飛凌、意法為主流供應。
其實諸多車廠早就嗅到第三類半導體發展趨勢,如前述礙於料源、成本及穩定度等考量,使導入SiC MOSFET的時間一延再延。這當然也刺激其他IGBT或SiC業者敏感神經,或許最初它們對SiC MOSFET在電動車萌芽速度沒有如此樂觀,但當SiC MOSFET已成不可逆之舉,也激起其他業者不得不加速追趕、以扳回一城。
其中,率先以其他方案取代的豐田(Toyota)最具代表性,即使被Telsa捷足先登,豐田仍在2022年積極導入。期間中系廠切入最為積極,包括比亞迪、蔚來等則快速跟進導入,主要是Tesla在中國電動車市場具領頭羊效應。
其他主流品牌車當然也積極規劃導入、甚至率先啟動綁料。畢竟SiC供應鏈的發展仍未成熟,對銷售量體大的主流車來說,斷料是無法容忍的,所以會在SiC產業供給無慮後,才會大幅導入。
其中最具代表性的案例,以2019年德國福斯汽車集團(Volkswagen Group)的「未來汽車供應發展計畫」(Future Automotive Supply Tracks;FAST)中,將SiC龍頭Wolfspeed(當時名為Cree)作為其SiC的獨家合作夥伴。
截至目前,Wolfspeed是全球SiC全產業鏈做得最完整的,尤以SiC基板競爭力最為顯著,包括一線供應商(Tier 1)例如德爾福(Delphi)、采埃孚(ZF)集團等;車用SiC晶片及器件廠,如英飛凌、意法等以不同形式與其締結合作關係。近期Wolfspeed的SiC MOSFET也成功被美國新創Lucid Motors採用。
最後,是促其他產業需求加速浮現。5G、AIoT、未來車、新能源產業等新興產業,多數造就大電流、高電壓、高頻的嚴苛環境,為第三類半導體創造極大的發揮舞台,Tesla將SiC推上風口浪尖。也讓其他產業擔心未來若搶料不成,恐影響發展,各產業也加速導入,近年來,包括工業、航太、國防及能源領域都有顯著的成長。
只是,Tesla這起召回案,是否讓市場對SiC發展順暢度產生質疑?進而讓上述SiC供需快速成長的運作暗踩煞車?業者方面則指出,目前看來熱度似乎不減。
Tesla確實有領頭效應,不過主流車廠及所屬的供應商都有自己的規劃,並不是依照Tesla的方案依樣畫葫蘆,所以,反而可能會加速自有解決方案的問世,以提升競爭力。
[6][2022-06-24]台達電 進軍第三代半導體
[20220509]聯電攻8吋第三代半導體
「聯家軍」出身的大將已在國內第三代半導體搶下一片天,以聯電前資深副總經理徐建華退休後,轉戰漢磊投控,出任漢磊投控旗下漢磊與嘉晶兩家公司董座,並成功帶領漢磊與嘉晶量產第三代半導體產品最著名,聯電此刻發展第三代半導體火力全開,進軍難度更高的8吋領域,凸顯集團能量豐沛。
聯電先前第三代半導體布局,主要透過轉投資聯穎切入,鎖定6吋氮化鎵產品,主要考量目前業界氮化鎵整體解決方案提供者較少,聯穎正在進行技術平台建置,完成後會把平台開放給設計公司客戶使用,擴大接單利基。
業界分析,第三代半導體薄膜厚度比一般晶圓代工還厚,很容易導致晶圓彎曲,考量製程難度,目前業界發展第三代半導體多以6吋為主。
不過,6吋晶圓半徑是5公分,8吋晶圓半徑則是10公分,所以8吋相對6吋,一片可以產出的晶片量會「多出很多」,在經濟效益較高的前提下,聯電切入8吋第三代半導體領域。
隨著5G、電動車等新應用百花齊放,對高頻、高速運算、高速充電需求大增,傳統以矽及砷化鎵為材料的第一代與第二代半導體在溫度、頻率、功率等已達極限,無法用於嚴苛環境,加上全球開始重視碳排放問題,具備高能效、低能耗的第三代半導體成為市場當紅炸子雞,也為聯電開啟新的獲利方程式。
「聯家軍」出身的大將已在國內第三代半導體搶下一片天,以聯電前資深副總經理徐建華退休後,轉戰漢磊投控,出任漢磊投控旗下漢磊與嘉晶兩家公司董座,並成功帶領漢磊與嘉晶量產第三代半導體產品最著名,聯電此刻發展第三代半導體火力全開,進軍難度更高的8吋領域,凸顯集團能量豐沛。
聯電先前第三代半導體布局,主要透過轉投資聯穎切入,鎖定6吋氮化鎵產品,主要考量目前業界氮化鎵整體解決方案提供者較少,聯穎正在進行技術平台建置,完成後會把平台開放給設計公司客戶使用,擴大接單利基。
不過,6吋晶圓半徑是5公分,8吋晶圓半徑則是10公分,所以8吋相對6吋,一片可以產出的晶片量會「多出很多」,在經濟效益較高的前提下,聯電切入8吋第三代半導體領域。
隨著5G、電動車等新應用百花齊放,對高頻、高速運算、高速充電需求大增,傳統以矽及砷化鎵為材料的第一代與第二代半導體在溫度、頻率、功率等已達極限,無法用於嚴苛環境,加上全球開始重視碳排放問題,具備高能效、低能耗的第三代半導體成為市場當紅炸子雞,也為聯電開啟新的獲利方程式。
[20220429]國際淨零政策加速SiC元件產業應用
由於碳化矽(SiC)化合物半導體具高熔點及高硬度特性,以致於台廠在長晶、晶圓加工、元件製作、元件封測等區塊的設備都還存在技術瓶頸,根據法人機構提供的資料,在化合物半導體產業鏈中,長晶與晶錠切割分別佔成本之38%及13%。目前國際碳化矽基板主要供應商有Cree、Dow Corning、Rohm、II-VI、新日鐵住金、Norstel等業者。產業的趨勢是元件設計製造與基板供應整合,且彼此間加速整併與合縱連橫。台灣雖然從材料、長晶、磊晶與元件代工都有廠商投入,但與國際供應商的技術與規模還有不小的距離。
碳化矽半導體元件,因具備耐高壓(650~3.3kV)、耐高溫、高切換頻率與高功率等特性,所以可應用在新能源汽車(800V電池/動力系統)、充電樁、車用馬達、太陽能與風力發電、高鐵等的功率元件上。至於5G通訊、衛星、雷達等領域的通訊元件也會用到碳化矽。
為拉近台廠與國際供應商的技術落差,工研院材料與化工研究所針對封裝材料、金屬材料以及散熱之電子材料基礎特性要做技術提升。關鍵製程的開發如T型閘極、小於50奈米通道、場平板設計製作、低電阻歐姆接觸及高頻元件模型的建立等,都是工研院材化所的挑戰目標。
而開發高頻化合物半導體大尺寸基板磊晶技術及封裝、建立高頻元件設計與模型能力,都是未來的工作重點。
鴻海強調,鴻揚半導體是鴻海集團「3+3策略」中,串聯電動車與半導體重要的一環,目前正規劃製作第三代半導體碳化矽(SiC)產品,預計今年底完成產線建置,2023年上線生產。
鴻海在2021年8月5日與旺宏電子完成旺宏位於新竹科園區六吋晶圓廠資產買賣契約簽約,在取得該六吋晶圓廠後,鴻海規劃加大投資,把這座晶圓廠轉做SiC產品,目前六吋月產能為2萬4千片,可擴至六吋月產能3萬5千片,除作為SiC研發中心外,也對外提供小量量產服務。未來規劃發展 SiC 650V、1200V、1700V MOSFET製程與IR sensor產品,將服務擴大至電動車、數位健康與機器人等產業。
鴻海指出,目前電動車遭遇三個問題,一是充電時間太長,二是續航力不夠,三是價格比燃油車貴,而致力發展SiC的鴻揚半導體提供的更高效的能源轉換方案,正好可以解決此痛點,為客戶提供更方便、更平價與更環保的電動車使用體驗。
目前SiC功率元件市場是IDM業者的天下,前六大供應商分別為意法半導體(ST)、英飛凌(Infineon)、Wolfspeed、羅姆(ROHM)、安森美(onsemi)與三菱電機(Mitsubishi Electric)。
2. [20220429]國際淨零政策加速SiC元件產業應用
鴻海在2021年8月5日與旺宏電子完成旺宏位於新竹科園區六吋晶圓廠資產買賣契約簽約,在取得該六吋晶圓廠後,鴻海規劃加大投資,把這座晶圓廠轉做SiC產品,目前六吋月產能為2萬4千片,可擴至六吋月產能3萬5千片,除作為SiC研發中心外,也對外提供小量量產服務。未來規劃發展 SiC 650V、1200V、1700V MOSFET製程與IR sensor產品,將服務擴大至電動車、數位健康與機器人等產業。
鴻海指出,目前電動車遭遇三個問題,一是充電時間太長,二是續航力不夠,三是價格比燃油車貴,而致力發展SiC的鴻揚半導體提供的更高效的能源轉換方案,正好可以解決此痛點,為客戶提供更方便、更平價與更環保的電動車使用體驗。
[20220407]電動車強力拉抬 2021年SiC功率元件市場成長57%
研究機構Yole Developpement近日發表最新報告指出,在Tesla等電動車製造商大舉導入碳化矽(SiC)功率元件的情況下,2021年全球SiC功率元件市場的規模比2020年大幅成長57%,並首度跨過10億美元大關。Yole預估,到2027年時,SiC相關元件及模組的市場規模將達到60億美元。目前SiC功率元件市場是IDM業者的天下,前六大供應商分別為意法半導體(ST)、英飛凌(Infineon)、Wolfspeed、羅姆(ROHM)、安森美(onsemi)與三菱電機(Mitsubishi Electric)。
Reference:
5. [20220509]聯電攻8吋第三代半導體
1. [20210521]加速半導體前瞻科研及人才布局—穩固我國在全球半導體產業鏈的關鍵地位
1. [20210521]加速半導體前瞻科研及人才布局—穩固我國在全球半導體產業鏈的關鍵地位
3. [20220407]電動車強力拉抬 2021年SiC功率元件市場成長57%
4. [20220429]SiC產線年底完成建置 鴻揚半導體 釋逾200職缺
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