• 功率半導體產業迎接曙光, 斯達半導體飆漲 IGBT概念股起舞
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作者:馮欣仁     文章出處:先探雜誌   2100期      出刊區間:2020/07/17~2020/07/23

揮別上半年低潮,隨著各國陸續復工及電動車、5G、工業四.○與風電等趨勢持續向上,促使功率半導體逐步景氣回溫,供應鏈廠商苦盡甘來。


受疫情影響,拖累上半年全球工業控制與汽車產業表現,連帶扮演轉換與電力控制之關鍵元件—功率半導體產業也遭受波及。長期而言,電動車、5G、工業四.○與風力發電等發展趨勢依然向上,對於功率元件需求只增不減。基本上,功率半導體大致可分為功率離散元件(Power Discrete)與功率積體電路(Power IC)二大類;其中,功率離散元件產品包括金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、二極體(Diodes)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)。

IGBT是近年來功率半導體元件當中,成長幅度最大的產品,主要是因電動車需求強勁所致。IGBT具有高頻率、高電壓、大電流,易於開關等優良性能,被業界譽為功率變流裝置的「CPU」;應用於直流電壓為六○○V及以上的變流系統,如軌道交通、智能電網、航太、電動汽車與新能源裝備等領域。在一台電動汽車中,IGBT約占電機驅動系統成本的一半,而電機驅動系統占整車成本的十五∼二○%;也就是說,IGBT占整車成本的七∼十%,是除電池之外成本第二高的元件,也決定了整車的能源效率。



搶攻IGBT晶片與散熱商機



今年二月初,以每股十二.七人民幣掛牌的斯達半導體(603290.SH)可說是中國IGBT模組龍頭,在掛牌之後股價一路狂飆,最高來到二七九.八人民幣,不到半年之內,大漲二一倍之多,顯然市場對於中國能夠自行發展IGBT產業高度期待。畢竟長期以來,IGBT大多被英飛凌、三菱電機、富士電機、On Semi、Semikron等國際大廠壟斷,如今斯達半導體足以能夠與國際大廠相抗衡。就連新能源車大廠比亞迪旗下半導體事業,也已自行開發出車規IGBT,未來更將分割出來獨立上市。

就IGBT模組的組成來看,除了IGBT晶片之外,還包括基板(Base Plate)、陶瓷板、壓接(Press Fit)端子、散熱片(Fin Pin)以及外殼等重要零件。除了陶瓷板,基板、壓接端子和散熱片都是金屬製程,而外殼屬於塑膠射出成形件。目前國內廠商中茂矽(2342)是少數領先量產IGBT晶片的業者,已開始出貨工業用六○○∼一二○○V的IGBT產品,以工業與家電市場為主,並與大股東之一的朋程(8255)攜手合作,將推出第五代最新IGBT,投入高電壓用工業領域,明年第一季試產,可望開創新的里程碑。

另外,IGBT對於散熱要求也相當嚴苛,日前保護元件大廠聚鼎(6224)透過子公司聚燁科技,斥資二六○○萬美元收購德商漢高集團美國子公司TCLAD事業部門,除能一舉躍升至全球金屬散熱基板(TCB)市占第一、也能藉此強化電動車IGBT的散熱布局。此外,像是健策(3653)與艾姆勒(2241)也均已投入IGBT散熱領域;其中,健策已取得二家歐洲、一家日本廠及台廠認證,並在桃園大園廠擴充產能,在基本面強力支撐下,獲得法人買盤青睞,激勵股價自三月以來一路上攻,最高來到三四七元。



漢磊、嘉晶聯手衝SiC



半導體材料都是由矽(Si)作為基材,不過,矽基半導體受限於矽的物理性質,且面對電路微型化的趨勢,不論是在製程或功能的匹配性上已屆臨極限,愈來愈難符合晶片尺寸縮減、電路功能複雜、散熱效率高等多元的性能要求;加上未來更多高頻率、高功率等相關電子應用,以及需要更省電、更低運行成本、並能整合更多功能性的半導體元件。因此,近年來所謂的寬能隙半導體材料(WBG)─氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)等新一代半導體材料應運而生。GaN、SiC因導通電阻遠小於矽基材料,導通損失、切換損失降低,可帶來更高的能源轉換效率。挾著高頻、高壓等優勢,加上導電性、散熱性佳,元件體積也較小,適合功率半導體應用。

現行電動車大多還是以矽基材的IGBT為逆變器的晶片模組,是功率半導體在電動車領域的技術主流。SiC MOSFET 雖具較好的性能與散熱表現,但礙於成本過高及碳化矽晶圓製造技術複雜,良率沒有矽晶圓好,因此目前碳化矽在電動車使用的滲透率仍不高。相較市面其他電動車廠商使用矽基底晶片(IGBT、MOSFET等)製作PEM(Power Electronics Module,用以當作AC/DC間的電流轉換),電動車領導廠商特斯拉旗下Model 3車款即是使用SiC MOSFET來做PEM。由於SiC體積小、重量輕且耐熱,更因而間接使電池耗電量減少,也是提升續航里程的關鍵因素,雖然SiC的報價遠比IGBT模組高數倍,但就整台電動車的價格來看,SiC所占成本比重有限,創造效益卻高。

目前全球SiC晶圓六成來自於Cree,其他廠商還包括Rohn旗下SiCrystal、II-IV、Norstel等,目前國內環球晶(6488)與GTAT簽訂SiC晶球長約,確保取得長期穩定、且符合市場需求的碳化矽晶球供應,目前四吋產品已小量生產,六吋還在認證中。此外,漢磊(3707)旗下的漢磊科及嘉晶(3016)在SiC製程皆已經完成布局,其中漢磊科的四吋廠、六吋廠已經具備SiC製程的MOSFET及蕭特基二極體(SBD)量產能力,至於嘉晶則已經開始量產四吋及六吋SiC磊晶矽晶圓。其中,漢磊下半年持續受惠於國際IDM廠擴大釋出電源管理IC及功率元件六吋晶圓代工訂單,第三季產能利用率已達滿載投片,且訂單能見度看到第四季;下半年營運可望優於上半年,全年力拚轉虧為盈。

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