碳化矽产业链分成上游的基板与长晶技术,中游的功率元件与模组设计、制造以及封测,下游则是终端应用,其中,碳化矽基氮化镓(GaN on SiC)被视为是未来的主流技术,因碳化矽基板导热性优异,氮化镓磊晶层品质佳,适合应用在5G基地台、低轨卫星等应用。

碳化矽(SiC)功率元件在2018年由电动车大厂特斯拉率先导入以来,让市场加速发展,尽管碳化矽在长晶技术突破后快速进展,并实现6吋、8吋晶圆的制造,但其加工难度也随之提高。

工研院机械与机电系统研究所副组长张高德指出,碳化矽的莫氏硬度仅次于钻石,加工技术门槛远高于矽晶圆。研磨与轮磨作为主要加工方式,但碳化矽的硬脆性易使砂轮钝化与晶圆裂纹等问题频发,需频繁停机修整或更换砂轮,推高加工成本。

为解决此难题,工研院研发「AI智能晶圆研磨加工系统」,利用AI声频感测器监测加工过程的砂轮填塞与钝化状态,结合内嵌超音波辅助模组,利用振动去除砂轮碎屑,保持砂轮锐利度。此创新技术不仅提升加工效率3至5倍,可大幅降低加工成本,对于碳化矽晶圆制造成本中占比超过40%的加工环节影响深远。

该系统不仅适用于碳化矽晶圆加工,亦可应用于矽晶圆、蓝宝石等高硬度材料,为台湾精密加工技术带来全面升级。随著台湾技术突破,未来有机会从成本劣势转向技术优势,提升国际竞争力。

回到市场现况,市调机构Yole Group指出,中国半导体厂商在SiC市占率正在逐步增加,规划未来5年持续扩大产能,目标是要在2027年达到总产能的4成以上,加上中国成熟制程无限制扩产,导致成熟制程晶圆代工厂面临压力,台湾厂商也试图扭转局面,找寻新机会。世界先进在2024年9月10日发布重讯指出,董事会通过取得汉磊科技私募普通股,投资24.8亿元取得汉磊13%股权,抢进SiC市场。

汉磊则是表示,由于世界先进在电源管理等业务发展与汉磊同方向,双方将合作抢攻8吋SiC晶圆技术研发与制造等领域,预期2026年下半年量产,锁定工控与消费产品,预计1、2年后成本与价格可以与6吋竞争。此外,旗下嘉晶也传出GaN大客户获得GPU大厂验证通过,打进伺服器电源市场,预料能对整个集团营运有加乘作用。

此外,拜登政府也在去年12月底发动301调查,其中针对中国在SiC等半导体材料的相关行径、政策及做法调查,评估是否让供应链在基础半导体领域产生危险的依赖,这使得成熟制程、矽晶圆相关族群在股价当时迎来一波上涨。

不过,目前SiC的市场发展不可能因为一项调查就扭转局势,事实上,该产业市场规模也一直在扩大,Yole Group推估,至2029年全球GaN市场容量将达22亿美元,未来五年复合成长率为29%;而受到工业和汽车应用的推动,SiC的市场规模将在2029年达到100亿美元。

为了支持台湾SiC晶圆产业链发展,工研院去年也与日本半导体化学材料制造大厂德山、国内筑波科技成立「化合物半导体粉体制程及晶体验证实验室」,以高纯粉体合成、晶体长晶、材料检测分析等先进技术与关键设备建置,推动台湾化合物半导体材料开发与验证的技术平台,将资源整合并提供给业界,推动台湾半导体产业往下一个世代技术推进。


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