- 功率半導體產業重返榮耀 聚焦ＩＧＢＴ與寬能隙材料
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受到美中貿易戰影響，去年全球功率半導體庫存明顯升高，直到第四季才逐步去化，相關廠商如英飛凌(IFX)、意法半導體(STM)、Diodes(DIOD)等近期股價反應基本面好轉，出現反彈或創下歷史新高價。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)；而MOSFET占整體功率半導體比重超過五成。
健策、世界受惠ＩＧＢＴ商機
其中，ＩＧＢＴ可說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，被業界喻為功率變流裝置的「ＣＰＵ」。電動車ＩＧＢＴ使用量約為傳統內燃機引擎汽車的五∼十倍之多，因此將帶動ＩＧＢＴ市場總值持續成長，預估二○二一年ＩＧＢＴ的市場總值將突破五二億美元。目前電動車ＩＧＢＴ元件的主要ＩＤＭ供應商為英飛凌、ON Semi、Fuji Electronic、意法半導體、Denso等；其中，英飛凌在ＩＧＢＴ元件與模組全球市占率均達三成以上，遙遙領先對手；幾乎全球前十大熱賣電動車中，有八款是採用英飛凌的ＩＧＢＴ。
國內ＩＧＢＴ相關供應鏈上，主要以晶圓代工世界(5347)、晶圓薄化昇陽半導體(8028)、導線架順德(2351)、散熱健策(3653)與艾姆勒(2241)等廠商為主。其中，世界是國內最快量產ＩＧＢＴ之代工廠，不單產出已經多年，而且也是台廠中產出數量最多的公司。散熱廠健策攜手國際半導體廠商，耗費約五年時間開發出電動車逆變器ＩＧＢＴ水冷散熱模組，此產品主要功能為電動車逆變器功率模組的散熱冷卻，提高逆變器效率與壽命，使馬達穩定運轉，健策一八年已通過一家歐系客戶認證，目前已小量出貨，去年再拿到歐系、美系及日系一家客戶認證，並開始出貨。今年在ＩＧＢＴ比重拉升下，，健策營收與獲利可望更上一層樓，全年拚賺一個股本。
ＷＢＧ逐步蔚為主流
目前主流半導體材料仍為以矽(Si)為基材的矽基半導體，面對電路微型化的趨勢，不論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。矽基半導體受限於矽的物理性質，而有不易突破的瓶頸。因此，目前歐、美、日等許多半導體廠都競相投入開發化合物半導體(Compound Semiconductor)的材料、製程及應用。因應５Ｇ及電動車等行業需要更耐高溫、高壓及高功率的元件，寬能隙(Wide Band-gap; WBG)材料的應用被寄予厚望。
所謂的寬能隙指的是包括由碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)兩種材料產生的半導體元件，相較於已發展逾五○年的矽(Si)材料半導體元件，碳化矽(SiC)及氮化鎵(GaN)，由於能隙寬(能隙的大小關係半導體元件的導電性)、電子飽和速率高等特點，由SiC基底發展出來的半導體元件，除了有耐高溫、高壓等特性外，還具有電阻小、電流大與低耗電等特性。以氮化鎵(GaN)為例，因其對電磁輻射的敏感性較低，使得氮化鎵為基礎所生產出的元件，在輻射環境中表現出很高的穩定性。這也使得氮化鎵的電晶體可以在高溫和高電壓下環境下工作，是理想的微波頻率功率放大元件。至於在碳化矽(SiC)的材料方面，雖然與氮化鎵一樣同樣具有低抗阻跟高頻率，以及具有耐高溫的特性。但相較於氮化鎵，碳化矽具有更高效率，且在目前成本逐漸降低的情況下，市場上普遍運用於電源控制的方面，也成為另一主流發展方向。
環球晶搶攻SiC晶圓
目前全球電動車龍頭特斯拉旗下Model 3在主逆變器中使用了四二顆意法半導體(STM)的SiC MOSFET；車用Tier 1大廠Delphi在去年九月發表最新使用碳化矽模組的800V Inverter(目前電動車主要使用400V系統)，能延長電動車行駛距離並縮短電動車充電時間。此項技術也為Delphi贏得一家主要客戶為期八年、總值達二七億美元訂單，預計自二○二二年開始供貨給使用800V系統的高端車款，為碳化矽未來需求加添信心。在碳化矽供應鏈上，首先在晶圓部分，市場占比最高的廠商是美國科銳(Cree)，在晶圓製作技術與良率方面皆有良好表現，市占約六成。看好未來需求，科銳擴產規劃相當積極，一九年五月宣布為期五年的擴產計畫，總投資十億美元，估計屆時在碳化矽晶圓產能與碳化矽晶圓製作材料將提升三○倍之多。有了充足晶圓產能，旗下Wolfspeed也是生產SiC Diode、SiC MOSFET的主要廠商，相輔相成下將持續拉抬在碳化矽產業供應鏈的占比。
目前英飛凌擁有世界第一條十二吋晶圓的功率半導體產線，而位於奧地利菲拉赫、興建中的十二吋薄晶圓全自動化晶片工廠，預定二○二一年初投入營運；屆時將鎖定電動車、工業自動化、５Ｇ等應用。此外，意法半導體也在一九年宣布收購SiC晶圓製造商Norstel AB的多數股權，積極布局SiC功率元件發展。在台灣供應鏈方面，主要有矽晶圓廠環球晶(6488)與ＧＴＡＴ簽訂長約，以取得長期穩定的碳化矽高品質碳化矽晶球供應，致力擴展碳化矽晶圓供應鏈占比；漢磊(3707)提供SiC Diode、SiC MOSFET代工服務；嘉晶(3016)提供碳化矽磊晶代工服務；昇陽半導體提供晶圓薄化服務；瀚薪科技則聚焦碳化矽與氮化鎵(GaN)元件開發。不過，因台灣缺乏本土汽車產業助益，車用晶片滲透率並不高，加上主要汽車廠商多半以長期合作的Tier 1或晶片商合作，台灣廠商要切入汽車供應鏈仍有些許困難待克服。
