Power MOSFET(金氧半場效晶體管)隨著車用電子化、新能源車、工業(yè)4.0趨勢,國際IDM龍頭已經全力搶進大電流、高功率MOSFET市場。盡管臺系功率元件廠商多以PC、消費電子產品用產品為大宗,2017年下半以降,也大幅受惠國際大廠淡出一般中低功率MOSFET市場之轉單效應,迎來缺貨、漲價的營運利多。然而,中長期而言,包括二線晶圓代工、設計、甚至后段封測廠商,已經不能忽視中高功率元件市場商機,如何在有競爭力的成本效益之下,降低阻抗、提升性能表現,成為臺系功率半導體相關廠商搶進工控、甚至更高端的車用相關元件領域重大課題。
熟悉功率元件廠商坦言,相關廠商可以使用性能表現相當誘人的化合物半導體如碳化硅(SiC)制程,但是成本與價格將是最大考驗。另一方面,在不改動芯片設計與封裝的前提下,介于晶圓代工與后段封裝之間的「中段」晶圓薄化制程,未來將是功率元件供應鏈中相當重要且具有成長潛力的一環(huán)。
事實上,功率元件廠商表示,舉凡各類分離式元件如二極管或是MOSFET等元件,甚至近年來備受重視的絕緣閘雙極晶體管(IGBT),大約都可以分成三種等級,首先最大宗應用就是一般消費電子用的中低功率元件,其次為工業(yè)控制領域,而必須因應最嚴苛環(huán)境考驗、又需要大電流、高功率部分元件,就是車用、甚至交通建設如地鐵、高鐵系統(tǒng)用的高功率產品。
而值得注意的是,舉凡國際大廠或是臺系廠商,泰半都承認SiC元件如SiC蕭特基、SiC MOSFET、SiC功率模塊相當優(yōu)異的性能表現,如歐系的英飛凌(Infineon)、日系羅姆(Rohm)等等知名IDM廠,已經在SiC元件領域打下一片天,臺系廠商中,在設計與制造端,則有瀚薪、漢磊等廠商跨入,瀚薪已經是全球前五大的SiC元件供應商。
寬能隙特性是SiC等化合物半導體元件最關鍵的競爭優(yōu)勢,可以有效在相對較小的體積下,降低導通阻抗,由于硅元件的導通阻抗在面對溫度變化的環(huán)境時,導通阻抗的上升也將隨著溫度增加而提高,SiC元件在現行元件需求走向更輕薄短小、力求更好的能耗趨勢下,加上車用產品必須因應劇烈的外在環(huán)境變化,SiC性能優(yōu)勢顯而易見。
然而,臺系二極管廠商與國際IDM廠也透露,碳化硅元件價格至少是傳統(tǒng)硅元件8~10倍以上的差距,進一步影響下游客戶的導入意愿,而如果客戶導入意愿不高,也回過頭來使得第三代半導體材料的普及率大打折扣。對于臺系廠商來說,除了技術良率必須積極追趕上國際大廠外,在成本競爭力上,要采用碳化硅抑或氮化鎵(GaN)等第三代半導體材料,尚有一段路要走。
有鑒于此,臺系功率半導體廠商認為,未來數年內,傳統(tǒng)硅元件ˋ之中段晶圓薄化代工服務的重要性將會大幅提升,目前既有廠商包括升陽半導體,以及醞釀多時投資新廠房、設備、產能的宜特科技等。主系對于前段芯片設計、晶圓代工或是專業(yè)委外封測(OSAT)廠來說,能否夠有不變動原有的硅制程、設計與封裝的解決方案,將隨著產業(yè)趨勢的發(fā)展更趨重要。
相關廠商表示,如國際龍頭IDM廠包括英飛凌、東芝(Toshiba)、安森美(On-Semi)等,各自都有其在功率MOSFET硅制程、設計端的獨門技術,又或者在封裝端透過夾焊(Clip Bond)、擴散接合(Diffusion Solder),藉由使用銅夾(Clip)加大電流路徑取代金線(Gold wire),降低導線電阻,以及利用在異質金屬間形成介金屬化合物,來使得金屬間阻抗降低。若需要在不更動設計或封裝制程的前提下,中段的晶圓減薄制程,成為硅功率元件廠商能夠有機會達到高效率電力轉換、低功率耗損目標的方式之一。
熟悉功率元件廠商表示,當然,一線IDM廠仍會將毛利最好的產品自制,不過,委外代工已經是IDM廠多年以來趨勢,由于全球政府對于環(huán)保節(jié)能的政策要求日益嚴格,新能源車的加速推廣已經是大勢所趨,加上車用電子化的腳步未曾停歇,全球供應體系也正在尋找繼智能型手機之后的藍海市場,功率半導體需求將持續(xù)看增。
熟悉功率元件廠商坦言,臺系晶圓薄化代工廠商如升陽半、宜特等,事實上正站在關鍵領域,據了解,升陽半已經積極爭取歐系IDM龍頭車用MOSFET薄化代工大單,車用中高功率MOSFET也是晶圓代工廠商如茂硅、世界先進、漢磊等認為臺廠最有機會卡位的元件之一,后進的宜特在大力投入資源的中長線策略下,晶圓薄化良率已經來到99.5%水平。
熟悉相關制程廠商表示,由于薄化后的晶圓厚度已經可來到50微米(um),未來甚至更可能挑戰(zhàn)僅25um,如何避免翹曲、降低運送往后段封裝廠途中造成的破片等影響,也考驗相關廠商的技術、良率、與整合服務能力。而對于臺系功率元件相關如二極管、MOSFET芯片、晶圓代工甚至后段封測廠商來說,短期內自行發(fā)展第三代半導體材料元件至大量生產到足以支撐市場,確實是充滿挑戰(zhàn),進一步尋求在硅元件的基礎下,與晶圓薄化代工服務廠商的合作,則成為一個重要的選項。