【產業前鋒】特斯拉減用碳化矽效應 台廠押寶氮化鎵後勢看好
第三類半導體因特斯拉（Tesla）在2018年率先採用碳化矽（SiC）一路被追捧，沒想到今年3月1日，特斯拉竟拋出震撼彈，宣布將大減75%碳化矽用量，打亂業者布局。
就在市場擔憂碳化矽失勢之時，本刊調查，同是第三類半導體的氮化鎵（GaN）材料正趁機竄起，除半導體車用晶片龍頭英飛凌（Infineon）日前重磅宣布併購指標性廠商GaN System，台廠環球晶、台亞半導體等為避免押錯寶，也多方押注碳化矽、氮化鎵等半導體新材料。
「下世代電動車大減75％碳化矽用量（SiC）！」全球電動車龍頭特斯拉執行長馬斯克（Elon Musk）3月1日在今年度投資者日（Investor Day）說出這句話，頓時讓碳化矽產業掀起一陣恐慌，掌握全球6成碳化矽基板的業者Wolfspeed，股價更因此大跌7％，難道被捧上天的碳化矽，一夕失寵了嗎？
本刊邀訪去年任職Wolfspeed、現轉任氮化鎵垂直整合製造商（IDM）英諾賽科（Innoscience）台灣區高級總監的林哲宇，獲得第一手分析。
碳化矽價高 特斯拉減用
「價格太貴了、成本降不來，今年又漲價了！」林哲宇回憶去年特斯拉與Wolfspeed的一場會議，曾針對碳化矽價格過高抱怨連連。他表示，特斯拉去年就有降低碳化矽用量計畫，沒想到動作如此迅速，今年就變業務執行重點。
林哲宇表示，特斯拉正在鋪陳下一代低價位車款，碳化矽最大的優勢就是能增加近10％里程續航力，但低價位電動車對加速、續航里程數需求較低，「低價電動車若想增加里程數，換個4860電池（鋰電池型號）也可以達到一樣效果。」
半導體專家補充分析，這其實是特斯拉的兩手策略，一方面對碳化矽供應商施加壓力，希望藉此取得降價空間，二方面則是藉此謀求新的替代方案。至於所謂的替代方案，業界直指是這波缺貨的絕緣閘極雙極性電晶體（IGBT）。
GaN System全球業務發展副總裁莊淵棋分析，特斯拉使用全球近8成的碳化矽，若無法解決產能問題，尋找替代方案是合理的商業策略。譬如特斯拉最大競爭對手比亞迪（BYD）的高規電動車款，採用IGBT搭配碳化矽的設計，日後特斯拉也可能跟進。
英飛凌喊併 推升氮化鎵
除IGBT之外，業界更推測原本尚未成氣候的氮化鎵（GaN），有望與碳化矽分庭抗禮，因為IGBT受限先天材料特性，無法做到高頻切換，在各方面表現不如碳化矽或氮化鎵。
值得注意的是，特斯拉3月1日剛宣布減少碳化矽用量，隔天全球車用晶片龍頭英飛凌（Infineon）就宣布併購氮化鎵指標性廠商GaN System，一時之間造就氮化鎵聲勢大漲。
「GaN System早在3個月前就與英飛凌談合作，只是在找適當時機宣布，選擇3月2日單純只是想將其對股市的影響程度降到最小。」莊淵棋向本刊回應說道。
對此，台亞總經理衣冠君則指出，英飛凌過去擁有IGBT很大市占率，後續在2018、2019年相繼收購碳化矽業者Siltectra、Cypress等，一腳跨入碳化矽產業；如今，併購GaN System，讓英飛凌在功率元件的布局更完整。
據了解，GaN System的股東除有TOYOTA、BMW等知名車廠，汽車一階零組件供應商（tier1）Vitesco也有投資。莊淵棋特別強調，「GaN System是目前唯一能成功量產車用GaN的業者。」該公司已與擁有Walmart、美國陸軍等大客戶的電動車新創公司Canoo合作，成功打造皮卡電動車。
2019年，GaN System在東京車展與名古屋大學、TOYOTA合作，共同開發全氮化鎵汽車（All GaN Car），證實氮化鎵在車用的可行性。莊淵棋自信地說道，若拿氮化鎵與以矽為基礎的車款設計成本相比，整體物料清單（BOM）成本可以減少8％。
至於Tier 1業者，可看到德國汽車系統製造商ZF與以色列氮化鎵業者VisIC合作；義大利汽車零組件製造商Marelli則與GaN元件商Transphorm合作。值得一提的是，看好氮化鎵未來潛力，中美晶也於2021年砸下1,500萬美元入股Transphorm。
氮化鎵在電動車應用成長驚人，根據Yole Group的報告指出，氮化鎵用於電動車年均複合成長率（CAGR）高達97％，將從2021年的530萬美元，成長至2027年逾3億美元。
一站式搶市 台亞擁三技
特斯拉大減碳化矽用量攪動第三類半導體一池春水，讓台廠不得不調整投資布局與步伐，前身為光磊的台亞在GaN水漲船高之時，就以「類IDM」策略多元布局第三類半導體，希望以一站購足的服務盡可能滿足各種需求。
衣冠君觀察，電動車需求龐大，但不同的性能要求，可能需要不同的第三類半導體材料，意味著未來產品設計將走混搭模式，廠商必須擁有越多技術資源，才能應付客戶各式各樣的要求。因此，英飛凌即便掌握IGBT、碳化矽等技術能量，也需策略性併購GaN System，藉此擁有更完整的產品組合。
與英飛凌策略相同，台亞也將營運觸角延伸到矽、碳化矽、氮化鎵等不同半導體材料的研發與投資，不僅在去年宣布成立子公司積亞半導體，深耕碳化矽生產製造，今年更斥資90億元大力拓展氮化鎵，搭配既有的矽產線，成為少數同時擁有三種材料技術的功率元件業者。
本身也是材料博士出身的衣冠君表示，台亞過去在光磊時期，就有小量生產矽功率半導體元件的能力，從矽轉到氮化鎵，產線有近9成相同，僅需加上有機金屬化學氣相沉積法（MOCVD）設備即可，而台亞過去在LED時代就累積不少對於MOCVD的經驗與技術，進入門檻相對低。
「目前產品端一定要客製化，所以氮化鎵、碳化矽未來有辦法賺錢的業者一定是IDM大廠，等到市場成熟才會看到代工商機出現。」衣冠君一針見血地點出產業現況。基於此，台亞現在會採取類IDM的策略，將旗下分公司的資源整合在一起，打造客製化、高性價比的解決方案。
台亞口中的類IDM的概念是甚麼？衣冠君回應，台亞的類IDM策略是由台亞負責定義規格，雖然請IC設計業者幫忙設計適合的IC，但實際上產品是配合台亞需求。
衣冠君進一步強調，與台亞合作的必定是子公司。他認為，發揮集團之力來整合，方能在成本、客製化的調度上發揮加乘效果。記者追問未來有可能再成立一家IC設計嗎？衣冠君則語帶神祕地說：「應該是。」
可減少耗電 成節能幫手
麻雀雖小，五臟俱全。衣冠君表示，台亞雖然只是一家小公司，卻擁有三種不同半導體材料的功率元件開發能力，讓客戶能一站式購足，可以更容易的混合不同模組設計，提供大、中、小不同電流方案，即便只減少1至2％的功率損耗，對整個地球的節能、經濟價值都會帶來很大貢獻。
具體而言，在氮化鎵產能規劃上，衣冠君指出，現以六吋晶圓為主，傾向生產650伏特高電壓、高功率方案，預計年底前送出工程樣品，優先鎖定工具機、綠能（太陽能逆變器）、LED照明的電源、電競筆電等利基型市場。
此外，衣冠君也透露，該公司正在設置8吋氮化鎵新產線，聚焦傳統快充、資料中心、電動車、無人機市場，目標是明年底出貨量達3,000片。據他觀察，資料中心大多建於荒郊野外，裡面許多基地台、伺服器設計都需要大電源，而氮化鎵的材料特性，能減少耗電，即便只是省下幾％，在耗能上都有明顯幫助。
衣冠君表示，台亞初期仍以生產製造為主，並同步尋找策略合作夥伴，不排除採自有或併購方式進行，來找到業界對氮化鎵設計有經驗的人才。
就出海口方面來看，台亞最大的股東日亞化（Nichia），是全球車用LED的龍頭廠商，客戶涵蓋中國、歐洲等全球知名車廠，意味著台亞目前雖然在車用功率元件市場屬於後進者，但極具發展潛力。
晶圓廠投入 占競爭優勢
此外，值得注意的是，全球首家生產8吋氮化鎵的IDM業者英諾賽科，除了本身自產業務之外，近期也開始推動代工服務，希望加速氮化鎵生態系發展。林哲宇透露，現今台灣已有多家IC設計業者與他們洽談當中，像是茂達、聯詠、偉詮電等，都正默默鴨子划水搶進市場。
整體而言，莊淵棋認為，台灣在氮化鎵領域最大機會在代工製造上。台積電、聯電、力積電、世界先進等，早已陸續讓旗下的8吋晶圓廠投入發展氮化鎵製程，其中尤以台積電發展較早，專有技術（Know-how）累積較多。樂觀看待，在8吋製程技術成熟、機台設備完全折舊的基礎下，台灣晶圓代工廠在矽基氮化鎵（GaN on Si）製程上，可望擁有3至5年的競爭優勢。
「氮化鎵發展仍在初期萌芽的階段。」衣冠君不諱言地說道，依照調研機構分析，氮化鎵目前在汽車市場僅有10至20％滲透率，甚至更少。即便如此，衣冠君也強調，未來所有東西都會用到電，30年後回頭看今天，氮化鎵才正鳴槍起跑、蓄勢待發而已，後市可期。
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