台达旗下碇基半导体 发展化合物半导体的三个可能方向

电源系统龙头大厂台达电日前宣布，合资设立子公司碇基半导体筹备处，后续预期将剑指具有宽能隙(WBG)特性的第三类化合物半导体，尽管具体方向还有待观察，举凡消费电子快充、工控基础建设、甚至是电动车(EV)等。

第三类半导体的高功率密度特性被各界重视，欧美日等IDM功率半导体大厂布局多年，甚至国内投资化合物半导体也方兴未艾，各界认为台达电直接、间阶持有约90%股权的碇基半导体，发展新材料领域可能有三大方向可依循，可能寻求如台积电的GaN-on-Si、世界先进的GaN-on-QST、罗姆(Rohm)集团的GaN-on-SiC/纯SiC等。

事实上，台达电发展第三类半导体并非新鲜事，估计至少已经开展各类研发约2~3年以上，主要与中央大学等学术单位进行技术合作，台达电与中央大学的联合研发协议书甚至2011年就已经签订，也可以观察如量测设备大厂是德(Keysight)科技，在2021年下半开始提供给中央大学可因应第三类半导体的精密量测设备。

化合物半导体业者透露，台达电在第三类半导体的研发领域，也与矽基半导体晶圆代工龙头台积电、世界先进等业者多有合作开发，以及较近期的日系功率半导体龙头罗姆集团等。

台积电GaN-on-Si持续推陈出新　第三代技术2025推出

一般来说，化合物半导体最快速能够普及的应用是消费快充的GaN充电(Power)元件，主要采用矽基氮化镓(GaN-on-Si)制程，多为650V以下，因可以沿用成熟的矽基制程，普遍来说具有较好的成本竞争力。台积电虽然主流的矽基成熟制程、先进制程业务非常庞大，化合物半导体仅占微乎其微，不过，每年台积电的年报当中，仍会揭露GaN-on-Si特殊制程的进度。

如台积电2021年年报中指出，GaN半导体在2021年开始，台积第一代650V GaN增强型高电子移动率晶体管(E-HEMT)完成验证，进入全产能量产，市场已推出超过130款充电器。

台积电也仍持续扩充产能以满足客户的需求，第二代650V和100V E-HEMT之品质因素(FOM)皆较第一代提升50%，预计于2022年投产。100V空乏型GaN高电子移动率晶体管(D-HEMT)已完成元件开发，预计于2022年投产。

此外，台积也开始开发第三代650V增强型高电子移动率晶体管，预计2025年推出。据了解，目前台积电多数GaN代工客户仍以国际业者为主。

世界先进独门GaN-on-QST　仍有矽基优势

同为台积电体系的世界先进，对于第三类半导体的布局也持续进展中。化合物半导体业者透露，台达电与旗下碇基半导体亦考量过世界先进的GaN-on-QST制程。GaN-on-QST主系采用世界先进与美国材料厂Kyma、其转投资的GaN基板厂Qromis共同开发的「Qromis基板，QST」。

相关业者指出，QST基板其实是基于氮化铝(AIN)陶瓷基板进行压制，再镀上一层薄薄的矽(Si)，优势是减少翘曲(warpage)、厚度较厚等。

世界先进投入该领域约有5年时间，并可确保QST基板来源，GaN-on-QST也可沿用成熟的矽基半导体技术，业界看好适用于650~900V区间的GaN功率元件。而世界先进的GaN-on-QST技术，甚至也有机会升级成以8寸晶圆厂生产。

罗姆掌握关键SiC基板　全方位第三类半导体IDM厂

台达电在2022年4月跟日本罗姆成为战略合作夥伴，将共同开发适用于基站、EV的GaN元件，预计2022年底展开研发，也可导入于台达电系统产品。值得注意的是，罗姆在收购德系SiC基板厂SiCrystal后，更巩固在目前几乎成为「战略资源」的SiC基板供应地位。

纯SiC元件被视为是未来EV特别是纯电车(BEV)的关键之一，Tesla领头采用意法半导体(STM)的SiC功率元件于逆变器模块中，目前另一知名SiC IDM龙头，即是美系Wolfspeed(原Cree)。

后续若想要进攻900~1,200V甚至以上领域，因应如车用等高温环境，SiC因材料性质是为首选。是故，若台达电旗下碇基半导体有意扩大第三类半导体的应用范畴，与罗姆的技术开发与合作或许也值得期待，这也包括了适用于基础建设、卫星用地面基站的射频(RF)GaN-on-SiC通讯元件。

汉磊科鸭子划水　富士康集团投资提速快

以台达电拟筹备碇基半导体一事来看，业界较少听闻汉民集团、富士康集团的声影，但这两集团业者也正积极拥抱第三类半导体功率元件领域。汉民集团旗下晶圆代工厂汉磊科、磊晶硅片厂嘉晶等多年布局，也获得部分IDM厂代工订单。目前汉磊科6寸GaN已经量产，SiC则有4、6寸产能。

汉磊科、嘉晶等有意持续增GaN、SiC产能，主要也是看好消费、工控、车用等领域功率半导体将逐步迎来宽能隙元件商机，汉磊科也是台厂中投入SiC领域较早、且首家力求扩充SiC代工产能的业者。

观察第三类半导体发展，由于富士康集团锁定EV领域的策略相对聚焦，也开始掌握晶圆厂等产能，如先前收购而来的旺宏6寸厂，富士康集团投资设备与研发的力道相对较强，近期也正希望能够招揽更专精的顶级人才进驻。富士康与台达电主要都为系统大厂，后续「向上发展」半导体的策略方向，也值得各界评比关注。

蓝海市场启动　第三类半导体竞合是关键

被业界点名较有机会与台达电体系有合作空间的三方向，即GaN-on-Si、GaN-on-QST、GaN-on-SiC/纯SiC等，就厂商与产业位置来看，台积、世界体系与罗姆较大差异是一方为纯晶圆代工、一方为自有产能的IDM厂，后续碇基半导体的发展方向仍值得摸索。

其实台达电诸多电源系统产品线，以往多向国际IDM龙头包括英飞凌(Infineon)、意法、罗姆采购高端矽基功率元件/模块、甚至化合物半导体产品，后续如何与IDM业者之间竞合，也将是后续观察重点之一。

熟悉化合物半导体特别是功率元件领域人士坦言，其实台达电发展第三类材料相关领域并非新闻，一直都有在进行当中，但该领域基本上IDM影响力、材料确保能力仍强。对于主流矽半导体代工业者来说，化合物半导体量能还在萌芽期，台达电集团作为电源系统龙头，后续会采取怎麽样的合作模式布局宽能隙大饼，倒也值得期待。

调研机构Yole预测，GaN功率元件市场将从2020年的4,600万美元，成长至2026年的11亿美元，平均年复合成长率达70%，更预估到2027年时，SiC功率元件及模块的市场规模，将达到60亿美元。考量到消费电子领域最可能使GaN快速普及，而电动车最能推动SiC加速渗透，第三类半导体应用将可望百花齐放。

当然第三类半导体功率元件在性价比上，与成熟的矽基元件还有得竞争，毕竟矽基半导体在量能、规模、产能上都有明显巨大的优势，但各界也期待GaN、SiC何时能够迎来价格的「甜蜜点」。不过以中长期发展来看，以GaN充电元件来说，价格仍有逐步下降到开始渗透入消费电子系统端能够接受的趋势。

业界也推测，台达电集团各类应用领域的电源系统都有着墨，除GaN功率元件渗透率开始逐步窜升的消费电子领域，稳健的工控、车规品则是国际大厂看准的重点市场，由于消费电子所使用的电源系统已非台达电业务发展重心，估计台达电在后续布局中，将在B2B、EV、基础建设领域导入更多第三类半导体。

责任编辑：朱原弘