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DATE - 2023/02/08
SiC主流地位難撼動 GaN替補候選機會大增

Tesla宣布下一代電動車將大砍碳化矽(SiC)用量75%,引發業界軒然大波,相關供應鏈業者認為,現階段要如何取代SiC的散熱方案仍是未知數,預計未來3年內很難改變SiC於電動車的主流地位,尤其是高階電動車。若能有效改善散熱問題,氮化鎵(GaN)功率元件應用領域大幅擴增,可望躍升成為替代材料的最佳方案。

由於SiC功率元件可操作於高功率及高電壓條件,並提供較高電源轉換效率要求,被視為電動車、工業及能源領域的首要發展選項,而GaN的主力目標市場不同,從3C快充、通訊及寬頻等領域為優先發展目標,但近年來也逐漸朝向資料中心電源、車載充電器(OBC)、電動車及工控領域發展。

熟悉化合物半導體業者指出,傳統燃油車改換至電動車的最大差異,在於引擎改換為電動馬達,而關鍵將須需要透過SiC達到高電壓、大電流的性能要求,並發揮優異的散熱表現。

傳統Si材料雖然發展成熟及價格便宜,但始終難以改善散熱問題,成為先天障礙與瓶頸,故Tesla若要大幅減用碳化矽的使用量,預料可能透過後段模組端來進行散熱改善,實際成效仍有待觀察,現階段業界仍是半信半疑,預計短期內顛覆SiC的機會不大。

從技術及性能而言,GaN不僅具備耐高頻、高壓、大電流,最重要的是比SiC更具成本競爭力,但唯一劣於SiC的差異在於GaN散熱表現不佳,因此目前業界較少著墨在大電流的汽車馬達開關裝置,而普遍看好用於寬頻、網通或小型電力控制如快充等應用。至於在車用裝置領域部分,目前也開始導入於如USB充電、娛樂系統開關等。

隨著電動車市場競爭越趨激烈,Tesla面臨材料成本降低的壓力,業界也推估,Tesla宣布減少SiC使用量,除了藉此要求供應商降價外,也可能將為日後推出中低價車款進行鋪路。

由於中低階車款的馬達電流要求較低,搭配GaN功率元件的技術發展,將可望做為車用半導體的新生力軍,更增添GaN應用成長的想像空間。

由於GaN功率元件受到材料長晶能力侷限,目前業界以異質磊晶結構為主,包括GaN on Si及GaN on SiC為主,但也有部分業者發展高階GaN on GaN同質磊晶架構,雖然GaN on GaN能承受較大電流及功率,但價格不會比SiC便宜,預料不會是Tesla降低成本的考慮選擇。

雖然GaN承受高壓電流,晶圓厚度必須加厚,否則可能導致晶圓變形等問題,但業界認為,製程將可望隨著技術發展而改良,換言之,在散熱有效改善下,GaN有朝一日或許將成為替補SiC的備選方案,另闢車用半導體的新戰場。

除台積電、漢磊等較早投入業者外,富采集團旗下晶成半導體也積極加入GaN戰局,晶成指出,受到2022年消費電子需求下降,Micro LED開發新案大幅增加,晶成全年營收接近新台幣4億元,年增率約3倍。

雖然下半年主要藉由Micro LED營收上升支撐,不過GaN在充電或是RF通訊等將有新案推出,5G RF通訊已有2家客戶進行驗證,體聲波濾波器(BAW filter)雖然進度延遲,但2023年下半放量出貨的動能看好。

對於GaN應用拓展,富采認為,2023年下半可望開花結果,除了快充,電子元件主機板或電源應用等都有成長機會,希望在終端應用市場爭取更多市佔率。

不過2023年達成損平的機會不大,單月損平則有待出貨表現,預計單月營收達到1億元將可望損平,到了2024年將能實現單月損平的目標。