第三類半導體新篇章

【文/林麗雪】

碳化矽功率元件技術臻於成熟,全球電動車廠先後跟進導入採用,引爆碳化矽基板數倍成長需求,近一年來,全球化合物半導體及功率元件IDM大廠擴產不手軟,第三類半導體廠營運高速起飛拐點已到!

各行業企業獲利衰退警鐘陸續響起之際,在過去一段時間,全球廠家在第三類半導體廠的產能擴張及投資金額卻以數倍計,絲毫不受總體產業景氣的逆風影響,隨著碳化矽(SiC)這項戰略性材料的產能加速開出,全球電動車功率元件的出貨量有望在未來幾年快速衝高,第三類半導體廠營運高速起飛的拐點已到。

車廠加速採用碳化矽功率元件

各國大力發展電動車,而能延長電動車續航里程及縮短電池充電時間的兩大關鍵核心,一是電池,二是低損耗、耐高溫及耐高壓的SiC功率元件,兩者皆被各國視為核心的戰略性材料及資源進行綁樁,然不同於電池的全球寡占態勢已定,全球大廠針對第三類半導體的競逐才正激烈,電動車導入的龐大商機才正要快速浮現。

自從特斯拉(Tesla)於二○一七年在其Model 3中使用SiC MOSFET,成為第一家使用SiC功率元件的汽車製造商之後,從此開啟了SiC功率元件市場的蓬勃發展大門,包括現代(Hyundai)、比亞迪(BYD)、通用等汽車製造商在第一時間迅速跟進,歐洲汽車製造商雖然跟進速度較慢,但奧迪(Audi)、福斯(Volkswagen)也在這兩年加入採用,經過去幾年的發展,在包括OBC(車載充電器)和DC-DC轉換器元件等領域,SiC元件的應用已經相當成熟。

尤有甚者,包括Porsche Taycan、Audi Q6 e-tron、Hyundai Ioniq 5等高階電動車種,都已推出八○○V高壓電動車型,研調機構TrendForce指出,八○○V電氣架構的革新,未來將促使耐高壓的SiC功率元件全面取代Si IGBT,進而成為主驅逆變器標配,隨著電動車滲透率不斷升高,以及整車架構朝八○○V高壓方向邁進,勢必引爆對SiC基板的強勁需求,該機構預估,至二○二五年,全球電動車市場對六吋SiC晶圓的需求將高達一六九萬片。

電動車的剛性需求確定強勁,據英飛凌統計,過往每台傳統燃油車的功率半導體用量僅十八顆,但每台電動車或油電混合車(HEV)的功率半導體用量則將逾十倍增至二五○顆;以金額計,每台電動車或油電混合車的功率半導體金額並將從燃油車的七一美元大增至四五○美元,進入電動車時代,高壓耐高溫的功率半導體元件需求將大爆發。

但SiC材料的供給卻遠遠跟不上,一來是全球擁有碳化矽長晶量產技術的廠家本就不多,二是碳化矽晶棒的長晶時間長,七天才能長出二到五公分的晶球,加上碳化矽材質硬且脆,切割、研磨難度都高,製程複雜及技術門檻高,都是碳化矽基板售價高、供不應求的原因。

即便如此,一線車廠考量逆變器設計中採用大功率密度的碳化矽元件,節省了空間和重量,進而降低了系統級成本,推進仍是勢在必行,這樣的背景因素下,過去全球大廠針對碳化矽材料的綁樁大戰全面引爆。

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