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特斯拉電動車加速碳化矽應用 大廠拚8吋量產

電動車大廠特斯拉(Tesla)帶動第三代半導體碳化矽(SiC)應用,整體觀察,全球碳化矽產業由美、日、歐等少數具全產業鏈生產能力大廠主導,為降低成本,8吋晶圓和基板成為兵家必爭之地。

碳化矽材料具備高電壓和高頻特性,能在高溫環境下穩定運行,電能消耗更少、散熱特性佳,體積也可更小型化,介電係數、導熱率及最高工作溫度等關鍵參數具有優勢,適用製造電動車、5G通訊、太陽能等應用所需功率半導體元件,因應高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等極端運作環境。

碳化矽功率半導體在電動車領域初試啼聲,SiC車用金氧半場效電晶體(SiC MOSFET)模組由電動車大廠特斯拉(Tesla)帶動採用,先行導入Model 3車款逆變器和車載充電器,在降低反應恢復時間和開關損耗效能顯著,也可讓電動車加速快、充電後里程續航力拉長、充電速度縮短。

特斯拉帶動電動車用碳化矽模組,使得其他電動車廠跟進,也讓SiC MOSFET供應吃緊。資策會產業情報研究所(MIC)資深產業分析師何心宇指出,目前SiC MOSFET模組交期拉長至42週以上。

特斯拉電動車推動碳化矽模組應用浪潮,也促使全球大廠積極布局碳化矽供應鏈。資策會MIC指出,全球碳化矽產業由美、日、歐洲等企業主導,但目前具備碳化矽全產業鏈生產能力的廠商家數仍少。

觀察大廠在電動車應用布局,亞系外資法人指出,目前美國Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、陶氏化學關係企業道康寧(Dow Silicones Corporation);日本羅姆(ROHM)株式會社、昭和電工(Showa Denko)、新日鐵(NSC);歐洲意法半導體(STM)等,具有碳化矽全產業鏈生產能力,尤其是在基板與磊晶等關鍵技術。

何心宇舉例,Wolfspeed已實現4吋和6吋產線量產,並開始建設8吋產線,此外Wolfspeed以及昭和電工寡占碳化矽磊晶市場。

不過產業人士表示,碳化矽模組在電動車的滲透率仍處於初期階段,主要是價格過高,其中碳化矽SiC晶片售價高出一般矽晶片達10倍至15倍;外資法人分析,受制於碳化矽磊晶速度、加工難度等因素,製造成本仍居高不下,因此僅有部分電動車廠採用。

資策會MIC指出,去年對碳化矽模組拉貨需求較明顯的品牌車廠,包括特斯拉、比亞迪(BYD)、現代(Hyundai)、保時捷(Porsche)與新創企業LucidMotors等。

為了降低成本,擴大晶圓尺寸是關鍵技術之一,不少國際大廠紛紛從6吋轉向8吋晶圓。根據分析,SiC晶片數量可從448顆增加到845顆,增加幅度達75%。

除了Wolfspeed、羅姆、Ⅱ-Ⅵ紛紛推出8吋碳化矽基板外,法人指出,包括英飛凌(Infineon)、意法半導體、安森美(On Semi)等大廠,也積極布局8吋碳化矽晶圓生產線。Wolfspeed今年起已進入量產,其他大廠最快2024年起產線也開始量產。

台灣在碳化矽晶圓製造包括漢磊、嘉晶、全新等,不過多以4吋晶圓為主,6吋晶圓逐步量產,廣運集團關係企業盛新材料今年第3季規劃開發8吋晶體。

中國廠商也想布局8吋碳化矽晶圓,雖仍處於研發階段,但今年3月中國爍科晶體已開發出8吋碳化矽晶體。此外,中國廠商積極布局碳化矽晶圓製造,亞系外資法人指出,包括天科合達和中國電科等,已量產6吋碳化矽晶圓;三安光電、東莞天城等將於2023年量產6吋碳化矽晶圓。

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