汽車半導體的發展趨勢與策略(二)

面對汽車市場這個龐然巨物，半導體產業的反應與汽車產業截然不同，沒有人想向上垂直整合去製造汽車，但是思維和考量方式有驚人的相似性。

前述功率元件，特別是第三代半導體，會由新能源車率先踏入汽車產業。但是汽車產業由於儲存電能和能源效率的問題，傳統的功率元件以及電池目前遠遠無法滿足應用需求，引入新材料的發展成為解決方案。在功率元件上，第三代半導體具代表性的碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)被積極引入。

雖然第三代半導體元件也是半導體元件，但是要利用它們有別於矽元件的電、熱特性來產生優異性能，也必須承受發展新材料的艱難過程。

目前碳化矽的長晶是用異於長矽錠的昇華法，速度慢而且良率低，主要原因是原始材料之一的碳離子太輕，在2,000多度的高溫下會四處亂竄，造成碳化矽錠的晶格缺陷。碳化矽主流晶圓尺寸目前為6吋(氮化鎵4吋)，已經慢慢走向8吋，晶圓價格昂貴異常。

一個碳化矽功率元件的成本表中，晶圓成本佔近50%。即使產業努力嘗試降低晶圓價格2~3倍，預計到2025年晶圓仍佔元件成本20%左右。一個對照的數據是先進製程的矽基元件，晶圓成本佔晶圓售價不到1%。顯然第三代半導體的晶圓製造中長晶是產品主要增值環節。

在此一思維下，幾乎所有的功率元件大廠都已經向原材料上游整合，培養或購併長碳化矽晶圓能力。譬如意法半導體(STM)的Norstel、英飛凌(Infineon)的Siltectra、羅姆(Rohm)的SiCrystal、SK海力士(SK Hynix)與SK Siltron等。有趣的是碳化矽晶圓供應龍頭Cree也加入了功率元件製造的行列，目前市佔率暫居第三。

除了加入核心增值環節的競爭考慮外，長晶圓與元件製造的垂直整合還有其他好處。首先，這二者的挑戰都是關於新材料的發展及控制應用，用於長晶的許多材料知識以及材料研發新方法如機器學習、第一原理計算等在此二環節都有用處，整合後可以充分發揮綜效。

生產SiC晶圓雖然目前是知識及經驗密集的產業，但是其生產設備並不昂貴。如果有足夠的know-how，1億美元已足以支持一家有足夠規模經濟的新創公司。Affordable investment是半導體廠願意向上整合至原物料供應環節的原因之一。

另一個誘因也是短期因素，卻對此時發展碳化矽功率元件是生死交關的事。碳化矽晶圓由於長晶速度慢、缺陷率高，晶圓供應遠遠無法滿足需求。取得碳化矽晶圓是現在進入汽車功率元件市場的起碼門票。

所以在半導體產業內，由功率元件的晶圓製造整合進碳化矽晶圓製造(原物料)也是汽車半導體的另外一個趨勢，這個趨勢以前在半導體產業未有先例。這也意味著藉由奈米科技的製程演進、異構整合之外，材料科學將逐漸變成半導體另外一個主要的增值環節。

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