富邦論壇- Compound Semi for EV 鴻海研究院半導體研究所 郭浩中 所長
20221201 富邦證券法人部
 GaN System/ Navitas 皆使用 TSMC 產能，2023 會加入 UMC 及 Vanguard
 EV 主要使用 SiC，GaN 主要仍在消費性快充
 Compound 不是 Turnkey，不是買設備就有技術，尤其 SiC 長晶
 台灣引擎技術不如海外，但在 EV 領域馬達及電控具有優勢，但車用功率半
導體仍為歐洲/ 美國/ 日本所擅長，STM、IFX、WOLF、Rohm 等都是 50 年
以上大廠
 強化再生能源、改善引擎效率以外，降低碳排最主要力道來自 Powertrain 的
電動化
 BYD 因深圳及上海計程車皆為 BYD 電動車，路上測試非常大量，且自有 6
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吋廠可生產 IGBT，並跨入 SiC，十四五推進第三類半導體，SiC 長晶已有四大
十小公司生產，預期 EV 市場成長率 10 年後將達 5-10X，SiC 自主為優勢
鴻海電動巴士 Model T 已經在台灣主要城市路測，技術已成熟，台南已試驗
無人駕駛，Model C (Luxgen N7)推出不到三天就訂購 25000 輛，Sharp 供面板，
群創認證中，小型 SUV Model B 使用更多高科技，2024 推出，Pick up 車型
Model V 也與美國公司洽談合作，會在 Ohio 量產
鴻海組織虛擬一條龍，結合漢民、中美晶集團生產 SiC，WOLF 是一條龍公
司，但目前向其採購 Substrate 就比較辛苦，STM 買 SiCrystal，Rohm 也買
Substrate 公司進行一條龍
I: Si 可做高功率 IGBT 但是體積較大效率略差，目前 EV 功率元件主力仍是 IGBT，
由 IFX 主導
II: GaAs/ InP 占有率低於 10%，主要在 PA、Amp.、VCSEL 雷射等應用
III: GaN/ SiC 中，GaN 為 LED 重要材料，中國主導 LED 市場，高頻、高功率、
耐高溫、高電壓，LED 是 Turnkey 買設備送技術，三安主導，因此中國在 GaN
很熟，SiC 過去應用在國防工業，GaN on SiC 應用高頻衛星通訊目前仍是美
國管制品，WOLF、AVGO 控管嚴格
EV、高鐵或 Solar inverter 都需要高頻、高功率、耐高溫、高電壓，是 SiC 的
主要市場
TSLA 每二輛車就會用掉一片 6” SiC wafer，Porsche、BYD、TOYOTA 都已經開
始使用，Porsche 首用 800V 充電，蔚來、小鵬也都跟進，鴻海也在此時啟動
MIH，包括 CAM、連接器、機殼都有自主供應鏈
SiC 在 EV 中主要使用在 Inverter (TSLA 的 M3 有 6X switch，每個有 4X STM SC
MOSFET，每個 MOSFET 為 650V 100A)，DC-DC converter、OBC (GaN 也有機
會)
電池電壓 TSLA 都是 400V，Porsche、BYD e-platform 3.0、Audi e-tron GT、GM、
Benz 都是 800V SiC
SiC 跟隨 EV 成長，EV CAGR 接近 30%，SiC 則約 38%，EV 以外儲能系統也是
很大市場，CAGR +17%
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SiC 是否需要 IDM 模式? 半導體越成熟可以走晶圓代工，如 GaAs/ InP 晶片
設計、磊晶、晶圓代工產業鏈就很清楚，SiC 漢磊、X-Fab 就是晶圓代工，嘉
晶做長晶，漢民、環球晶、盛新、穩晟也有投資長晶設備
中國部分山東天岳、天科合達長晶、天域、天成磊晶，但整體尚未成熟，磊
晶也未統一，需要透過虛擬 IDM 進行整合，GaN on SiC 更不成熟
目前上游主導廠商 WOLF、STM (與 WOLF 有 LTA) ，IIVI、Dow Chem (SK 併購)、
昭和電工，下游鴻海有鴻揚半導體、國創半導體 X-Semi (投資富鼎) ，國外
ON、IFX、MCHP、Renesas 等都是老公司
日本 TOYOTA 投入 GaN，以及第四類半導體氧化鎵
SiC 市占率 STM、WOLF、Rohm、IFX，IGBT 為 IFX、Fuji、三菱、ON，主要使
用日系設備
WOLF 8”擴產顯示製程已經掌控很好，Bosch 也擴充 SiC 產能，生產 1200V SiC
OBC、DC-DC、Inverter，Rohm 也在擴產 SiC，IFX 馬來西亞擴產€2B，OSRAM
也有投資
4H SiC 結構與鑽石類似，需要高溫高壓下生成，缺陷控制下各廠會自己修改
長晶爐，需要加溫到 2830 度(Si 只要 1000 多度且為單晶) ，GaAs 為低溫長
晶，缺陷密度也低
SiC Bandgap 為 Si 的 3X，電壓崩解也是 Si 的 3X，因此電壓可耐 Si 的 10X，
因此理論上體積可以縮到 Si 的 1/10，電阻更低，switch 速度快，日本目前
看 GaN 單晶以及 Ga2O3 單晶，電場崩解可以更大，但目前以軍用為主
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SiC 可高溫操作散熱較輕鬆，適合高電壓操作，能耗也更低
IGBT 必須使用水冷系統，若大量使用 SiC 則可使用氣冷，由鰭片散熱降低系
統體積
 相較於 IGBT，SiC 體積小，開關狀況較佳，效能提升之下可達成省電，提升
續航力，且體積降低可節省空間放入更多電池
 SiC 可適用 150 度高溫操作，相對 Si 100 度就會漏電
 SiC 台灣雖然材料較為落後，但在 TCAD 設計能力強，模擬、分析、repeat
能力具優勢
應用在 EV 上的問題
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SiC 需要降低缺陷，SiC 基板為 WOLF、IIVI 寡佔，加上 Epi 成本佔比 50%，長
晶條件相較 Si 嚴苛許多，若純淨度不足挑戰性很高，且一周只能長晶錠 2cm，
效果相較 Si 差很多，且長錠若缺陷太多也無法使用
檢測部分主要掌握在 KLAC，長晶之外，切削磨台灣皆掌握技術，磊晶技術
不高，之後的量測以及封裝則台廠就很強
鴻海印度合資設晶圓廠，有請蔣尚義合作
SiC 製程從平面做成 Trench，台灣過去做 FinFET 已經有相關能力，但設備掌
控在美國及日本手上，Gate Oxide 以及退火也掌握在日本及德國手中，Etching
也掌握在日本及英國手中，但代工部分台灣成功機會很大
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GaN 長在 Si TSMC 已解決異質磊晶問題，但缺陷下 1000V 以上會有問題，只
適用 600V 以下，GaN on Si 移到 8”是否可適用更高壓 Vanguard 正在研究中
GaN 抗電壓及可靠度不如 SiC，需要掌控缺陷，且做很好的數據分析，崩潰
電壓以及失能機制要很好控制
封裝未來都會有公版，因此亞洲廠商有機會，透過 AQG324 認證做好可靠度
即可，但封裝材料仍掌握在日本及德國手上
GaN 其他應用
 消費性快充、LiDAR driver、Datacenter Server power management、Solar 等
 GaN 主要 GaN System/ EPC/ Navitas，其中 EPC 使用嘉晶磊晶漢磊代工，GaN
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System、Navitas 使用 TSMC 代工，TXN、IFX 未來都會找台廠合作
GaN on SiC 最大為 SWKS、QRVO，與台廠穩懋、世界、全新等合作，目前皆
為國防使用
GaN 快充已經進到 160W，消費性應用在 2021-27 CAGR 達 52%，且快充體驗
無法回頭，將席捲充電市場，NB adopter 使用 GaN 體積也可以大幅縮小，
GaN 使用 5G 通訊也是主流，低軌衛星未來也是成長力道
LiDAR 未來也需要縮小體積，自駕車 2025 可望成熟，目前物流車使用簡易
LiDAR 也已經足夠
GaN on Si/ SiC: Si 6”、8”低成本，低功率輸出不適合高溫高頻操作，市場已經
高度競爭，on SiC 適合高溫高頻高功率，使用在基地台、低軌衛星通訊但成
本高，SiC 基板成本是 Si 基板 10X+
低軌衛星成長 2021-26 CAGR +15.5%達$19.8B，俄烏戰爭之後低軌衛星將可
望加速導入，LEO 2 萬顆可 cover 全球，latency 反饋也都很正面
GaN 在磊晶品質控制上每片晶圓都有一些缺陷，需靠智慧檢測及製造能力克
服，日本近期推進 GaN on GaN
LiDAR 消費性使用在手機上，照相測距使用，也可形成 3D 影像，VCSEL 都是
台灣廠商穩懋製作
SONY Image Sensor 今年因 Android 手機賣得不好產能過剩，但未來一輛車最
少使用 8 個鏡頭，一支手機 3 顆鏡頭起跳，加上智慧城市需求，CAM 需求
無所不在
GaN 未來可導入元宇宙應用，群創及錼創 microLED 都是很重要的元件，目
前價格仍太高，未來降價生產能力提升後預期可帶動產業增長
檢測過去是 Orbotech (KLA 子公司) ，mini/ micro LED 檢測廠惠特表現也不錯，
並可降低檢測成本
Q&A
 SiC 晶圓代工若遇到缺陷是避開還是如何處理?
Scan 完會先把缺陷區塊標示出來避開，在 wafer level 就會排除，之後再做可靠度
檢測
 SiC 晶圓代工可接受良率?
與哪一家基板有關，WOLF 基板會要求更高良率，中國拿中國基板可能就低於 40%，
與基板品質高度相關
兩岸基板良率比較? 中國 MOSFET 不成熟低於 40%，Schotcky 二極體良率會較高，
中國主要做蕭特基二極體，漢磊 MOSFET 滿單主要是中系客戶下單
台灣人才及供應鏈有優勢，期許三類半導體與穩懋在二類半導體做依樣好
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MOSFET 與蕭特基基板等級?
蕭特基可以容許較差且缺陷較多的基板
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Planer 轉 Trench 難度? ON、STM、WOLF 為何不轉 Trench?
Planer 可靠度較佳，Trench 挖越多洞若挖到缺陷處就會漏電，但是 Trench 體積小
可節省成本具有優勢，目前認為 Planer 仍可保持優勢一段時間
 IFX 基板供應商越來越多，是否會變成 commodity?
遲早一定會變成 commodity，下游一定希望成為 commodity，目前 RD 大量投入
下 WOLF 已經沒賺錢，若 5-10 年後 commodity 化會更辛苦
上游如果更為成熟，就會變成 turnkey 晶圓代工市場，中國廠商若要切入，design
端難度需要克服，目前在材料以及 device 中國落後 WOLF 約 3-5 年以上
 GaN on Si 轉 8”邊緣翹曲問題? MOCVD vs MBE? IET GaN 二次生長降低電阻?
長晶成本 MOCVD 還是便宜很多，邊緣翹曲問題在 8”仍有挑戰，但在 6”應用不錯，
IET 二次 source-drain re-growth 是小眾市場，但應用在高頻 RF 非常需要