迎接第三类半导体8寸晶圆新契机

每隔一段时间，笔者便会发表关于第三类半导体（氮化镓，碳化矽）的看法，毕竟这块园地是十几年来笔者长期关注、耕耘及使力的地方。

十多年前在工研院时代，我们只知道第三类半导体，会是个时代及产业的趋势，并不全然地清楚实际应用的场景及何时会发生。经过这些年头，产业生态链逐渐完整，应用场景也日趋明朗，但是还尚未达到实际真正的引爆点。随着8寸晶圆的导入，是有机会引起第三类半导体大爆发。

Yole在最近发表的市调报告，整体分离式功率元件（discrete power devices）市场规模在2022年达200亿美元，预估在2028年会超越330亿美元。这330亿美元的市场规模，矽基功率元件仍占大宗，但第三类半导体比例会到30%以上。碳化矽与氮化镓的比例约略是4:1，也就是碳化矽80亿，氮化镓20亿。

在市场应用上，几年前流行一时的氮化镓60W快充电源转换器，只是个小众市场。最近关注的焦点在于电动车的电控及电池充电系统，第三类半导体尤其是碳化矽扮演不可或缺的角色。然而近来火红的AI算力中心的电源需求，第三类半导体的角色扮演，却比较少受到关注。

不论是电动车或者AI算力中心，都需要大量的电流来驱动马达或者是芯片。为了避免过度的电流在传输上造成损耗，以及减少导线承载电流的截面积，直流高电压是个必然的趋势。电动车已经由直流48V走到400V，甚至于800V的直流高电压，AI算力中心也势必跟随电动车脚步，转向直流高电压。

相较于矽基的功率元件（MOSFET、 IGBT），第三类半导体在相关高电压、大电流及切换频率的表现上都优于矽基元件。电动车关注的在于高电压及大电流，AI算力中心还须加上切换频率，因为在机柜内空间有限，提高切换频率可以增加功率密度。

第三类半导体在供应链及应用端已逐渐成熟，市场何时会引爆？目前的重点在于价格。

举一实际的案例，1个功率模块，若使用第三类半导体，其所需的元件数目可以是矽基元件的一半，但是遗憾的是整体的价格却还是矽基的2倍。所以第三类半导体若能积极地导入8寸晶圆的制造，使得价格上能降低30～50%，引爆点就有机会发生。

氮化镓已经有公司导入8寸晶圆的制程，至于碳化矽到2025年将有IDM公司如英飞凌（Infineon）、安森美（Onsemi）、Wolfspeed、罗姆（Rohm）、意法半导体（STM）、博世（Bosch）、富士电机（Fuji Electric）等陆续导入8寸晶圆，这些公司也或多或少有8寸氮化镓晶圆的规划。即将引爆的契机已快来临，台湾的产业链该如何抓住呢?

第三类半导体技术及8寸晶圆厂对台湾都不是问题，问题在于商业模式。

无可讳言，目前矽基功率元件产品及技术领头的厂商，都是国际IDM的大厂，因为这是个元件设计与晶圆制造需要密切配合，才能创造出优异产品的产业。然而在台湾，我们是以设计及晶圆代工分业，为主要的诉求，因此我们的功率元件厂商，只能配合晶圆代工厂所提供的标准制程，或做有限度的优化，在量大的市场内作价格上的竞争。

我们商业模式需要做些调整，整合是必要的，但不必然要走到IDM模式。

晶圆代工厂，尤其是能提供第三类半导体8寸晶圆的厂商，可以朝虚拟整合（virtual integration）的方向来规划。也就是策略性地扶持少数几家元件设计公司，在制程条件上予以充分的配合，宛如两者是在同一个屋檐下工作，如此才有机会与国际IDM大厂一搏天下。

要能做到虚拟整合，必定不会是件简单的事。我们已经失去矽基功率元件市场主导的机会，第三类半导体正准备引爆中，加上台湾优良的8寸晶圆经营的绩效，我们是有机会在国际的舞台上发光发热。