TrendForce表示，車載通信、ADAS、自動駕駛汽車與電動汽車已是汽車產業(yè)不可逆的趨勢，也是驅動車用半導體增長的重要關鍵，未來能否在市場上勝出將取決于先進制程的導入速度與對車用功率半導體的產能掌握度。而寬能隙半導體材料能耐高壓、高電流、高溫，還具備高能源轉換、高頻運行等特性，遂成為電動汽車產業(yè)的新寵兒；且電動汽車由于主動力與各子系統的運行需依賴電力，更是寬能隙組件可大顯身手的領域。

 

 

其中，自從特斯拉（Tesla）在Model 3的逆變器模塊上采用碳化硅（SiC）后，碳化硅便越來越受重視，且正加速攀升中。根據市調機構Yole Développement資料顯示，盡管COVID-19對全球汽車供應鏈的運行造成嚴重沖擊，但基于碳化硅的電動汽車與混合動力車市場并未受到太多影響。許多車廠仍持續(xù)對基于碳化硅組件的主逆變器（Inverter）、車載充電單元（OBC）及DC/DC轉換器進行驗證，準備搭載在未來推出的車款上。也因此，車用碳化硅組件市場將維持快速增長的步伐，預計到2025年，市場規(guī)模將達15億美元，2019-2025年間的復合年增率（CAGR）為38%。

SiC市場將呈現快速增長的趨勢。（Source：Yole Développement）

 

為此，全球各大功率半導體供應商無不積極布局碳化硅，像是安森美半導體（ON Semiconductor）在2020年Q1時便發(fā)布了新款1,200V和900V的SiC MOSFET。另外像是羅姆（ROHM），也在2020年推出了1,200V第4代SiC MOSFET，相當適合用于動力逆變器等車電動力總成系統和工控設備電源。

 

羅姆強調，近年來，隨著新一代電動汽車（xEV）的加速普及，也連帶開發(fā)出具備更高效率，更小且更輕的電動系統，特別是在驅動核心—動力逆變器系統方面，不只要重視小型化及高效率，功率組件也必須跟著進化。另外，為了延長電動汽車的續(xù)航距離，電池容量呈現日益增加的趨勢，但充電時間也需要縮短，所以電池也正朝著高電壓的方向發(fā)展（800V）。為了解決上述問題，能兼顧高耐壓和低損耗碳化硅功率組件就被寄給高度期望。

 

除了羅姆外，另一間日本車用電子組件大廠瑞薩（Renesas）也致力發(fā)展電動汽車，并為下一代混合動力汽車和電動汽車提供解決方案和評估組件。瑞薩指出，與傳統的硅功率二極管相比，碳化硅蕭特基二極管具有更高的開關頻率，更低成本及更高耐熱性，以實現更好的系統效率。

 

不過，雖說功率半導體供應商皆積極推出碳化硅相關產品，但目前碳化硅組件的最大挑戰(zhàn)仍是成本偏高，使得各廠商在推出新技術、產品之時，也想方設法的降低組件成本。因此，碳化硅組件制造商紛紛開始與芯片供應商簽訂長期供貨合約，希望能取得穩(wěn)定的芯片供應以降低價格。

 

例如英飛凌（Infineon）便宣布與GT Advanced Technologies（GTAT）簽署長達五年的碳化晶體硅棒供貨協議，以因應日后布局。意法半導體（ST），也在2020年初與羅姆旗下的SiCrystal GmbH簽下6英寸碳化硅芯片長期供貨協議，根據協議，SiCrystal需向ST提供總價超過1.2億美元之150mm碳化硅芯片，滿足市場對碳化硅功率組件日益增長的需求。

各大功率半導體商積極布局SiC。（Source：Yole Développement）

 

另一方面，除了碳化硅之外，同樣身為寬能隙半導體的氮化鎵（GaN），在電動汽車市場也備受矚目。氮化鎵組件擁有高轉換效率、小尺寸等優(yōu)勢，在高功率應用中可以達到更大的節(jié)能效益，且能在更高溫的環(huán)境下運行；適用于100V-650V之間的應用。

GaN組件市場也隨著電動汽車而快速增長。（Source：Yole Développement）

 

德州儀器（TI）表示，汽車電氣化正顛覆汽車產業(yè)，消費者也希望充電能更快速、續(xù)航力更長，故工程師必須設計出體積更小、重量更輕的車載系統。工業(yè)和汽車應用越來越需要在更小的空間內提供更大的電源，設計人員推出的電源管理系統必須具備實證，以便在終端設備內長期穩(wěn)定運行。

 

因此繼碳化硅之后，氮化鎵也成為功率半導體供應商積極發(fā)展的目標。TI在去年便推出適用于汽車的650V及600V氮化鎵場效晶體管（GaN FET），相較于既有解決方案，其能協助工程師實現電源密度加倍、效率高達99%，且電磁尺寸縮小59%。

 

 

汽車產業(yè)邁向電氣化已成趨勢，進而帶動寬能隙半導體需求，除了國際知名的功率半導體企業(yè)積極布局外，臺灣供應鏈也磨刀霍霍，準備在這龐大的商機中分一杯羹。

 

臺積電在2020年初便宣布與意法合作，加快氮化鎵制程技術的開發(fā)以及氮化鎵分離、集成組件的供貨。結合意法對汽車市場的專業(yè)知識以及臺積電的制程技術，雙方將改善寬能隙半導體的性能，使功率轉換能有更高的效率，加快先進氮化鎵解決方案的開發(fā)和上市進程，有助加速汽車電動化進程。

 

另外，硅芯片廠環(huán)球晶也相當積極布局寬能隙半導體。環(huán)球晶先是在2019年與GTAT簽訂長約，確保取得長期穩(wěn)定且符合市場需求的碳化晶體硅球供應。接著，2020更是決議并購世創(chuàng)電子（Siltronic），以縮短在碳化硅及氮化鎵等寬能隙材料硅芯片開發(fā)及前置時間，好爭取國際功率半導體大廠訂單。其余還有像是漢磊提供SiC Diode、SiC MOSFET代工服務、嘉晶提供碳化硅磊晶代工服務等。

 

臺灣供應鏈也積極布局寬能隙組件，搶攻電動汽車商機。

 

順帶一提，汽車產業(yè)邁向電動汽車化的同時，也朝向智能化發(fā)展。如特斯拉大量采用雷達、攝影鏡頭等傳感技術，以強化行車安全性，而這也使得臺灣半導體企業(yè)帶來新的發(fā)展機會。像是聯發(fā)科也開始研發(fā)車用毫米波雷達，并推出了Autus R10超短距毫米波雷達平臺，并與車用零部件大廠博世（BOSCH）及德國馬牌（Continental）等廠商積極合作。至于瑞昱，則是瞄準智能車輛對于資料傳輸的速度及處理需求大增，致力研發(fā)車用以太網絡芯片，且已切入多款歐系品牌。

 

整體來說，隨著電動汽車越來越普及，市場對高性能電源管理的需求仍會不斷增長；而寬能隙半導體能為電源應用帶來十分顯著的好處，也讓國際功率半導體供應商，以及臺灣芯片廠、代工廠等企業(yè)趨之若鶩，積極投入相關產品、技術發(fā)展。而在碳化硅、氮化鎵產品紛紛問世之后，誰能用更低的成本向終端產品制造商提供組件，克服現有價格偏高的挑戰(zhàn)，以獲得更大市場占有率，值得觀察。