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第三代半導體好熱怎麼買?台廠供應鏈全解析

2021-09-18 10:38經濟日報 記者尹慧中、李孟珊、鐘惠玲、陳昱翔/


第三代半導體隨國際大廠爭相開發系統與終端應用,市場正快速擴大,業界觀察,雖然第三代半導體的氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)關鍵材料基板仍是歐美大廠天下,但台廠在製造端深耕多年,並配合國際市場出海口擴大,正成為產業下一個成長引擎。本報整理目前各大廠布局進展,帶讀者一窺第三代半導體供應鏈的現況與未來前景。


業界觀察,目前台廠切入第三代半導體相關代工,主要可以分為四批類型:晶圓代工廠、矽晶圓與磊晶廠、砷化鎵大廠、二極體廠商,各自配合客戶來發揮自身強項。


指標代表是有護國神山之稱的台積電早在2010年就開始布局該領域,並鎖定氮化鎵相關製造。比如,業界指出,最初氮化鎵功率晶片大廠納微(Navitas)在創立初期團隊來自英飛凌收購的International Rectifier 不少高階主管,台積電(2330)本身和英飛凌合作多年,相關的情誼也一併延續至這家實力雄厚的新創公司。


產業人士提到,納微也因此在創立後多次祕密派人來台親自看廠,並接洽生產設計相關事宜,看中台積電擁有穩健的生產能力,雙方團隊一拍即合,在早期開發階段就決定和台積電合作。


納微統計至8月氮化鎵晶片出貨逾2,500萬顆,且零故障回報,又因需求增加正持續擴大生產,過去在6吋廠投片,今年已決定為了增加產能,在台積電8吋廠啟動生產,進而擴大與衝刺銷售。


台積電2014年已率先在旗下6吋晶圓廠運用氮化鎵技術生產,2015年擴大至低壓與高壓氮化鎵元件生產,至於矽基氮化鎵製程是在2017年投入量產,相關晶圓出貨近年顯著成長,主要是配合整合的電力驅動器、車用製程以及射頻放大器製程,近年支援客戶系統晶片設計等。


同時台積電投資的8吋晶圓代工廠世界先進也積極配合客戶產品開發與設計定案,相關應用客戶群已超過10個,目標最快年內或明年初產品開始量產,屆時將開始貢獻營收。


此外在關鍵材料基板擁有話語權的意法半導體也在去年也和台積電共同宣布合作加速市場採用氮化鎵產品,雙方合作已促成累計超過1300萬顆氮化鎵晶片出貨。


矽晶圓與磊晶:漢磊、嘉晶、環球晶


第二類則是矽晶圓與磊晶廠,半導體矽晶圓大廠環球晶布局第三代半導體已有數年時間,在碳化矽(SiC)方面,已有4吋產能,並正積極發展6吋產品。


另外漢磊與嘉晶分別專注在晶圓代工與生產磊晶材料領域,同時也布局SiC、GaN等化合物半導體元件多年,其中,更是台灣半導體業唯一已建置SiC 4吋與6吋產能的廠商;據悉目前4吋月產能約1,200至1,500片,6吋月產能約500至800片,由於單價比一般矽為主的邏輯IC代工生產價格貴十倍,推升漢磊營運突飛猛進。


由於碳化矽的矽晶圓製造,主要分為三階段,首先是長晶,再來是切磨拋光,第三是長磊晶層。目前在4吋產品,環球晶已經具備上述三階段的能力,至於逐漸成為市場發展趨勢的6吋產品方面,該公司除了自行開發長晶製程,也於2019年與SiC晶球供應商GTAT簽訂複數年長約,將其產品拿來切磨拋光,正在客戶端送樣,至於磊晶層製程正開發中。


環球晶先前提到,往後的新應用都具有「三高」特性,也就是高壓、高頻與高容量,例如汽車電池、5G基地台應用等,雖然用矽材料也做得到,但散熱表現可能沒有利用化合物半導體來得好,所以後續第三代半導體的成長速度可預期會很快。環球晶要當完整解決方案的提供者,就不會缺席布局SiC等利基型產品領域。


環球晶董事長徐秀蘭說,SiC的需求比預期強勁,該公司規畫到2022年上半年時,其產品將延伸到SiC磊晶片並送樣。目前SiC產品占環球晶營收比重還不到1%,但預期後續成長力道會很大。另外,徐秀蘭認為,8吋SiC市場的發展比預期快,至少提早了2年,環球晶在此領域也不會缺席。


二極體:強茂、朋程


第三類則是二極體廠商,業界觀察,亞洲二極體產能最大的強茂,已成功開發多種碳化矽(SiC)新產品,陸續在今年底至明年放量;法人預估可望帶動營收成長20%,而產品組合改善加上新品貢獻,營業利益率年增上看99%。


同時車用二極體龍頭廠朋程,也與母集團中美晶串起SiC供應鏈,由中美晶旗下環球晶發展基板,朋程負責模組,共同打開市場,預期SIC自組供應鏈所帶來的效益,要至2023年會較為明顯看到成果。


砷化鎵:穩懋、宏捷科、晶成半導體


最後是第四類砷化鎵大廠。比如砷化鎵(GaAs)晶圓代工龍頭穩懋先前在第三代半導體的氮化鎵領域練兵多年,本身在碳化矽基氮化鎵(GaN on SiC)晶圓代工服務量產出貨穩定,更因應市場需求成長已拍板南科三年擴產投資等。


同時宏捷科(8086)、太極旗下盛新材料、富采旗下晶成半導體等業者,均已積極布局,期盼站在有利的位置,提前卡位商機,挹注營運持續向上。宏捷科日前引入中美晶集團入股,目前雙方已針對氮化鎵(GaN)積極展開合作,並進行上下游策略結盟,由環球晶提供原料,宏捷科負責生產。


至於產能方面,宏捷科未來三年將以每年5,000片持續擴充產能,今年年底達2萬片以上,明年、後年則將分別達2.5萬片與3萬片,並且積極運用去年辦理私募取得的資金,自今年第2季起到2023年第3季之間,每季投入約3億元擴產。


晶成半導體方面,過去一年來,主要聚焦在光電和微電子兩大產品線,目前客戶開案相當多,而VCSEL進度較快,至於微電子也有很多設計開案。據悉,晶成半導體近年來累計投入資本支出大約有15億元,今年至少會再投入5至6億元,用於微電子相關生產設備與技術發展,開發通訊濾波器等相關產品。


另外盛新材料方面,目前已具4至6吋N型及SI型碳化矽晶體技術,其中4吋SI型基板已開始進入量產,目前擁有16台長晶爐,其中1台和集團母公司廣運共同研發成功的長晶爐,有效產量400片/月,目前包含台灣、日本、美國等多國客戶積極進行認證或進入試產階段。

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