除了矽晶圓代工 台灣砷化鎵晶圓代工世界第一

砷化鎵背景

砷化鎵(GaAs)為半導體材料一種，相較於常見的矽(Si)半導體具有高頻、抗輻射、耐高溫等特性，因此廣泛應用在主流的商用無線通訊、光通訊之及先進國防用途上，其中無線通訊普及化更是催生砷化鎵代工經營模式的重要推手。以行動電話(Mobile phone)與無線網路(Wireless LAN)為例，系統中的無線模組必定含有兩個關鍵的零組件，即射頻功率放大器(RF Power Amplifier)與射頻開關器(RF Switch)，目前極大部分是以砷化鎵半導體所製作出而時間長達10年以上。因此砷化鎵半導體除了本身較優秀的材料特性來站穩射頻關鍵零組件市場外，亦同時建構出不同於矽等其他半導體的晶圓代工技術、較有效率的設計流程、與快速驗證模式來適應無線通訊系統的快速發展，進而維持其市場獨佔性與獨特性。

主要市場

現行行動電話架構中射頻部分，由於砷化鎵具有優秀高頻傳輸特性，目前射頻功率放大器，以砷化鎵IC所表現出線性功率(Linearity)與使用效率(Efficiency)最為優秀。以現行第三代行動電話系統所採用的分碼多重擷取系統(CDMA)，及往後第四代行動電話所採用的正交分頻多工系統(OFDM)，其對功率線性度與電池使用時間的嚴格要求，將使砷化鎵IC在射頻電路發展空間更加穩固。目前採用矽半導體製造的功率放大器功率效率，在滿足較高線性度應用中只能達到20%左右，而採用砷化鎵半導體製造的功率放大器效率約為40%。因此在第三代行動通訊，甚至往後更高線性度與高效率的第四代通訊系統要求下，砷化鎵功率放大器依然具有極佳優勢。另一方面以功率放大器的使用數目來觀察，大部分GSM手機系統中，使用二顆功率放大器分別應用於高頻段與低頻段，而3G手機系統中，則使用三至五顆功率放大器以配合不同國家頻帶需求，進而更帶動對GaAs 異質接面雙載子電晶體(HBT)在功率放大器的需求。另一方面以砷化鎵製程技術所製造的射頻開關器，早以被廣泛應用於GSM系統，並全面取代原有矽PIN diode技術，雖然新一代矽半導體Ultra CMOS所製作的開關器，亦嘗試取代砷化鎵原有市場，但仍受限於價格與製程考量，同時隨著砷化鎵製程技術進步與現行需同時整合2G/3G/GPS等系統高階手機高規格需求，砷化鎵射頻開關器依然能保留較高的性能？價格比優勢，亦持續帶動對GaAs pHEMT (高電子遷移率電晶體)在開關器的需求。

砷化鎵晶圓代工

相似於矽晶圓代工商業模式，砷化鎵晶圓廠必須具備一定規模投資與長時間製程技術開發，這兩項要素提供IC設計者快速、便利、且較低成本的流程來實現其所設計產品。過往矽晶圓代工模式突破了過去零組件把持於大型整合元件廠(IDM)的遊戲規則，代工技術提供了小資本額但具備IC設計專長的公司，不需花費大量投資在其不善長的半導體製造領域，進而利用專業分工，由IC設計公司致力於新一代IC開發，而晶圓代工公司則致力於開發更先進製程技術與提供更完整設計服務。在這雙贏策略下也順利突破過去整合元件廠(IDM)大廠從製程到IC設計一手壟斷現象，並展現出極具競爭力的成本優勢。而砷化鎵晶圓代工受到行動通訊與無線網路的蓬勃發展，射頻功率放大器與射頻開關器的大量需求，趨使更多IC設計業者也加入砷化鎵半導體IC開發與普及化，同時促成更大規模砷化鎵晶圓代工的雙贏模式逐漸明朗。相似於矽晶圓代工經驗，當這種商業模式成型之後便會突破原有IDM公司壟斷情況。10年前的砷化鎵晶圓廠(如RFMD等公司)，大部分集中於美國等先進國家，其核心包含了砷化鎵半導體製程技術與砷化鎵IC設計。隨著砷化鎵半導體普及與代工模式成功，這些同時握有製程技術與IC設計技術公司開始走向所謂的無晶圓廠(Fab-less)與純IDM廠的商業模式，他們將製程技術外包到其他代工晶圓廠，只保留高毛利端的IC設計，並同時提供模組化射頻IC與射頻解決方案。而外包的對象主要是集中於已建構出完整的半導體製造供應練與擁有豐富經驗的台灣廠商，例如穩懋半導體與宏捷半導體。

同時台灣相關業者除了通過嚴謹、漫長的客戶驗證外，也致力於創造出具備低成本優勢與相抗衡的製程技術，一方面不但築起了新加入者不易跨越的進入障礙，也塑造了歐美同業不易模仿的成本優勢，進而加速歐美業者轉入所謂無晶圓廠(Fab-less)的經營模式與加速對台灣廠商的委外代工策略。

砷化鎵製造現況:

近年來台灣在砷化鎵產業包括上游磊晶、晶圓代工及封裝測試已有長足進步，能提供較低成本且高效率晶圓製造，並提供客製化服務。例如穩懋半導體目前提供多種HBT與pHEMT製程以滿足不同客戶需求，且能根據客戶要求調整製程，客戶在產品初期研發階段即與代工廠密切合作，藉由與晶圓廠的密切溝通，電路設計者可更加了解元件特性，並隨時回報試產晶片的量測結果，而代工廠根據量測結果進行元件分析，進一步提高製程良率，並縮短量產時程。晶圓廠累積多年的設計服務經驗也代表可提供更完整的服務於IC設計公司，目前穩懋已提供完整的製程設計套件(Process Design Kit, PDK)，其中包含應用手冊、主動及被動元件模型、元件電性量測數據、標準元件資料庫、及布局檢驗(Layout check)套件，能簡化設計流程，此外，針對客戶特殊需求的元件亦有能力為其萃取元件模型。

根據Strategy Analytics發布最新研究報告，「通過排擠市場競爭，TriQuint和穩懋半導體(WIN)兩家半導體公司擴展砷化鎵晶圓代工市場領先優勢」。報告指出，TriQuint 和穩懋半導體兩家半導體公司繼續擠壓競爭對手，兩家在砷化鎵晶圓代工市場合計份額從2007年的67%升至2008年的77%。受益於商業市場機會，及美國國防部和航太業訂單，以營收基礎計算下TriQuint在2008年仍然保持市場第一；而屈居第二的穩懋半導體僅落後一個百分點。然而以GaAs晶圓產出數量計算下，穩懋半導體至今仍是全球最大純砷化鎵晶圓代工半導體廠商。Strategy Analytics 分析師 Asif Anwar 評論道，「Strategy Analytics 估計2008年砷化鎵晶圓代工市場總值增長27%。隨著砷化鎵行業的無晶圓製造設計策略日益突出，砷化鎵晶圓代工服務市場將持續增長」。(本文由穩懋半導體提供，DIGITIMES整理)