第三代半导体，加速进入8英寸时代

2024-08-09 01:08

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英飞凌科技公司已正式启用位于马来西亚居林的新功率工厂一期英飞凌表示，投资 20 亿欧元的居林晶圆厂将成为全球最大、最具竞争力的 200 毫米碳化硅 (SiC) 功率半导体晶圆厂，同时还将生产氮化镓 (GaN) 器件。按照英飞凌所说，公司的目标是在 2025 年将生产规模从 6 英寸扩大到 8 英寸。

该工厂一期投资 20 亿欧元，采用外购 SiC 晶圆生产 SiC 功率半导体，还将包括氮化镓 (GaN) 外延，创造 900 个就业岗位。预计 2024 年底投产。

第二阶段的投资额高达 50 亿欧元，将打造全球最大、最高效的 200 毫米 SiC 电源工厂，总共将创造多达 4,000 个就业岗位。这将与美国纽约州的 Wolfspeed 以及意大利卡塔尼亚的 STMicroelectronics和捷克的 onsemi等欧洲电源芯片工厂展开竞争。

英飞凌表示，该公司已获得价值 50 亿欧元的设计订单，并已从现有和新客户那里收到约 10 亿欧元的预付款，用于持续扩建居林 3 号工厂。这些设计订单包括汽车行业的六家 OEM 以及可再生能源和工业领域的客户。

居林 3 将与位于奥地利菲拉赫的英飞凌工厂紧密相连，菲拉赫是英飞凌的全球功率半导体能力中心，该公司已在该工厂提高了 SiC 和 GaN 功率半导体的产能。两个制造基地现在共享技术和工艺，可实现快速提升和平稳高效的运营。

英飞凌科技首席执行官 Jochen Hanebeck 在开幕式上表示：“基于碳化硅等创新技术的新一代功率半导体是实现脱碳和气候保护的绝对先决条件。我们的技术提高了电动汽车、太阳能和风能系统以及人工智能数据中心等无处不在的应用的能源效率。因此，我们将在马来西亚投资建造规模最大、效率最高的高科技 SiC 生产设施，并以强大的客户承诺为后盾。”

“由于对半导体的需求将不断上升，对居林的投资对我们的客户来说极具吸引力，他们用预付款来支持投资。这还提高了绿色转型所需关键部件供应链的弹性。”

马来西亚总理 YAB Dato' Seri Anwar Ibrahim 表示：“英飞凌的卓越项目巩固了马来西亚作为新兴全球半导体中心的地位。这项重大投资将在我国海岸建立全球最大、最具竞争力的 SiC 功率工厂，创造就业机会，吸引供应商、大学和顶尖人才。此外，它将通过促进电气化和提高电动汽车和可再生能源等许多应用的效率来支持马来西亚保护气候的努力。因此，马来西亚制造的技术将成为未来全球脱碳努力的核心部分。”

吉打州首席部长 YAB Muhammad Sanusi Md Nor 表示：“英飞凌在居林的深厚根基证明了该地区作为高科技产业中心的潜力。这项投资不仅将为当地社区创造高价值的就业机会，还将促进该地区的经济增长。我们致力于继续为吉打州提供一流的商业条件，并支持英飞凌在居林建立领先半导体工厂的努力，这将对整个生态系统产生积极的连锁反应。”

居林 3 工厂将采用 100% 绿色电力，并采用最新的节能措施，包括最先进的减排系统和绿色制冷剂化学品。确保可持续运营的其他措施包括间接材料回收、节水和回收工艺。

迎接第三代半导体8吋晶圆新契机

十多年前，我们只知道第三带半导体，会是个时代及产业的趋势，并不全然地清楚实际应用的场景及何时会发生。经过这些年头，产业生态链逐渐完整，应用场景也日趋明朗，但是还尚未达到实际真正的引爆点。随着8吋晶圆的导入，是有机会引起第三代半导体大爆发。

Yole在最近发表的市调报告，整体分离式功率元件（discrete power devices）市场规模在2022年达200亿美元，预估在2028年会超越330亿美元。这330亿美元的市场规模，硅基功率元件仍占大宗，但第三代半导体比例会到30%以上。碳化硅与氮化镓的比例约略是4:1，也就是碳化硅80亿，氮化镓20亿。

在市场应用上，几年前流行一时的氮化镓60W快充电源转换器，只是个小众市场。最近关注的焦点在于电动车的电控及电池充电系统，第三代半导体尤其是碳化硅扮演不可或缺的角色。然而近来火红的AI算力中心的电源需求，第三代半导体的角色扮演，却比较少受到关注。

不论是电动车或者AI算力中心，都需要大量的电流来驱动马达或者是晶片。为了避免过度的电流在传输上造成损耗，以及减少导线承载电流的截面积，直流高电压是个必然的趋势。电动车已经由直流48V走到400V，甚至于800V的直流高电压，AI算力中心也势必跟随电动车脚步，转向直流高电压。

相较于基的功率元件（MOSFET、 IGBT），第三代半导体在相关高电压、大电流及切换频率的表现上都优于硅基元件。电动车关注的在于高电压及大电流，AI算力中心还须加上切换频率，因为在机柜内空间有限，提高切换频率可以增加功率密度。

第三代半导体在供应链及应用端已逐渐成熟，市场何时会引爆？目前的重点在于价格。

举一实际的案例，1个功率模组，若使用第三代半导体，其所需的元件数目可以是硅基元件的一半，但是遗憾的是整体的价格却还是硅基的2倍。所以第三代半导体若能积极地导入8吋晶圆的制造，使得价格上能降低30～50%，引爆点就有机会发生。

氮化镓已经有公司导入8吋晶圆的制程，至于碳化硅到2025年将有IDM公司如英飞凌（Infineon）、安森美（Onsemi）、Wolfspeed、罗姆（Rohm）、意法半导体（ STM）、博世（Bosch）、富士电机（Fuji Electric）等陆续导入8吋晶圆，这些公司也或多或少有8吋氮化镓晶圆的规划。即将引爆的契机已快来临，台湾的产业链该如何抓住呢?

无可讳言，目前硅基功率元件产品及技术领头的厂商，都是国际IDM的大厂，因为这是个元件设计与晶圆制造需要密切配合，才能创造出优异产品的产业。虽然国内也加速发展，然而在中国，我们是以设计及晶圆代工分业，为主要的诉求，因此我们的功率元件厂商，只能配合晶圆代工厂所提供的标准制程，或做有限度的优化，在量大的市场内作价格上的竞争。

我们商业模式需要做些调整，整合是必要的，但不必然要走到IDM模式。

晶圆代工厂，尤其是能提供第三代半导体8吋晶圆的厂商，可以朝虚拟整合（virtual integration）的方向来规划。也就是策略性地扶持少数几家元件设计公司，在制程条件上予以充分的配合，宛如两者是在同一个屋檐下工作，如此才有机会与国际IDM大厂一搏天下。

当然，要能做到虚拟整合，必定不会是件简单的事。

参考链接

https://www.eenewseurope.com/en/infineon-opens-e2bn-kulim-power-fab/

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