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從電動車應用趨勢 看化合物半導體如何在其中扮演要角

  • 林佩瑩台北

SEMI國際半導體產業協會延攬產業學研等單位共組功率暨化合物半導體委員會,推動台灣產業擁抱化合物半導體的發展。SEMI
SEMI國際半導體產業協會延攬產業學研等單位共組功率暨化合物半導體委員會,推動台灣產業擁抱化合物半導體的發展。SEMI

當5G基礎建設逐步完備的此刻,各項應用場景也開始浮現,其中最為人所熟知的就是「電動車」。根據SEMI(國際半導體產業協會)的預估,到2028年全球汽車電子市場規模將上看4000億美元,年複合成長率高達7.9%,這表示電動車將是未來驅動產業成長的重要動能來源之一。

或許能從另一個角度敲入。過去一台傳統燃油車的半導體元件金額約是500美元,如今在電動車的推動下將大幅提升對半導體含量的需求,每部半導體元件金額有望來到1,800美元,半導體產業將受到電動車的高滲透率大幅往前邁進,已是無庸置疑,不過其中隱藏的挑戰亦是半導體業界不得不正視的問題。

「這包括了感測器、先進駕駛輔助系統(ADAS)與車聯網等需求的誕生所致,」穩懋半導體股份有限公司策略長暨SEMI功率暨化合物半導體委員會主席李宗鴻如此解釋到。因為提升安全所帶起的駕駛輔助與自動駕駛需求,使其在道路駕駛的安全性所需的感測、通訊連結與運算速度及都是關鍵,化合物半導體正是目前業界所關注的材料選項。

高功率、高頻率特性,讓產業擁抱化合物半導體

過去業界在半導體發展上多以「矽(Si)」為大宗,主要是因為矽是地球上含量最多的元素之一,易取得與成本低廉,多年來為產業所推崇。李宗鴻指出,電動車產業的發展所帶出應用需求將進一步凸顯了化合物半導體在未來的重要性。

由於以電動車為主所衍伸的場景,有塊很重要需求就屬充電,為了要能在相當短的時間內滿足行車所需的電力,具備更高的能隙、電子遷移率、熱導率及更好效率等特性的化合物半導體,成了實現超高速充電不可或缺的必要材料。而目前市場主流的化合物半導體包括碳化矽、氮化鎵等。

此外,電動車安全駕駛的要求也帶動車聯網與光達感測等新興相關應用與市場需求。隨電動車滲透率增加,車聯網所需的無線通訊與光達所需的半導體的使用量將大幅增加,而三五族化合物半導體由於具備高頻與發光的特性,過去主要用於手機5G無線通訊與3D感測使用,未來將進一步藉其高頻與發光的特性在電動車的應用上成為不可或缺的半導體材料。

「別小看化合物半導體目前的應用數量」李宗鴻表示。目前智慧型手機內部都有化合物半導體的蹤跡,包含無線通訊應用從3G、4G、5G到Wi-Fi都扮演重要的角色;此外化合物半導體在「感測器」的應用也相對多元。相比於矽這個無法發光的材料,化合物半導體擁有可發光、吸收光的特性,目前已成熟應用於手機上3D感測相關應用。未來隨電動車發展,車聯網與光達需求增加,化合物半導體的市場相信將進一步大幅成長。
 
SEMI牽線產學合作,助化合物半導技術發展

在這波化合物半導體的發展進程上,李宗鴻也客觀分析了台灣產業的優勢與挑戰。

擁有60年半導體發展的台灣,具備了在製造量能與成本控管的優勢,「特別在效率與良率上我們都有很好的表現,」李宗鴻説在商言商,即便技術力高人一等,但終端設備還是有成本壓力要考量,而這正是台廠的最佳利器。我們在矽先進製程上擁有讓競爭對手看不到車尾燈的實力,在化合物半導體產業卻是伯仲之間,因此耕耘技術力拉開距離、並保持成本等優勢,將是未來彎道超車的重要關鍵。

但從宏觀的角度來分析,李宗鴻表示國內相對較弱的卻是「半導體設備」「長晶」與「IC設計」這三塊偏向半導體上游的技術。

他表示,這三個弱項的發展急不得、產業需要投入長時間耕耘才可能有所收穫。特別以長晶這塊來看,受限於目前良率較差的緣故,因此無法大量生產,而業界也積極從基於矽的材料上想辦法解決化合物半導體長晶的挑戰,希望能讓材料成本受到控制;至於半導體設備和IC設計,則是有不少專利是由美、日等大廠掌握,但是在地緣政治與供應鏈在地化的趨勢改變下,他相信只要台灣半導體產業能持續不懈的發展技術力,假以時日依舊能翻轉現況。

而面對這樣的環境,作為第三方平台的SEMI國際半導體產業協會也責無旁貸,積極發揮一己之力、延攬產業學研等單位共組功率暨化合物半導體委員會,由李宗鴻帶領下推動台灣產業擁抱化合物半導體的發展。李宗鴻表示,正因為SEMI擁有來自產官學等各方資源,也了解目前市場脈動與產業需求,他認為階段性任務就是要將產業與學界搭起橋樑,從源頭來解決對於材料跟智財的掌握;另一方面,在資源有限的情況下整合產業上下游,共同解決此一問題,同時也更能針對終端使用者提出完整解決方案。

縱使不少智財仍受限於美國,相關設備我們也都需要向國外進口,但是由電動車所驅動的這條化合物半導體之路已經是勢在必行,擁有矽島美名的台灣也必須要起而行,才不會在這波浪潮中被淘汰,「我相信我們在半導體的製造與成本控管上依然是獨步全球,」狹著這股絕對的優勢,以及過去我們在半導體產業的耕耘與投入,李宗鴻相信攜手SEMI的力量,在化合物半導體這場賽局我們絕對不會缺席。