第三代半導體市場起飛！誰是下一個芯片霸主？

在賽場上，選手總有老將、新秀之分，各有不同優勢。競爭日趨激烈的第三代半導體競賽也不例外，老將們多是掌握元件設計、制造、封測技術的IDM廠商，由歐美日企業三足鼎力；中國中國臺灣的新秀們則以產業分工、集團打群架方式快速追趕中。 第三代半導體老將當中，全球基板龍頭Wolfspeed主宰全球逾6成碳化硅（SiC）基板供應量，并掌握整合元件設計制造能力，2021財年營收達5.256億美元。 Wolfspeed于1987年創立之初，就專注于碳化硅材料設計研發，技術與專利布局遙遙領先。日本專利研究機構Patent Result分析，Wolfspeed掌握碳化硅相關專利居全球之冠，其余依序為羅姆半導體（ROHM）、住友電工（Sumitomo）、三菱電機（Mitsubishi）、電裝（DENSO）。
Wolfspeed主宰了全球將近6成的碳化硅基板供應，Tesla于2018年推出的Model 3車款中所使用的碳化硅芯片，原料也來自Wolfspeed。 憑借著Wolfspeed在基板的獨大，美國成為全球碳化硅強國，歐洲與日本則緊追在后，包括來自日本的全球第2大碳化硅晶圓供應商羅姆半導體（ROHM）、德國車用半導體龍頭英飛凌（Infineon）、瑞士功率元件大廠意法半導體（ST），還有美國兩大射頻（RF）前端通訊龍頭思佳訊（Skywork）與科沃（Qorvo）等。 這些歐美日IDM大廠一手包辦研發、設計、制造到封測等環節，搭配各自汽車、工業與通訊領域應用，以自有品牌銷售元件，在第三代半導體戰場已站穩位置。 相對國際IDM大廠布局逾30年，中國臺灣近10年左右才起步投入第三代半導體，屬于市場后進者，產業發展樣貌也延續第一代半導體產業的專業分工形式，在基板、磊晶、IC設計與制造代工等環節各司其職。 從技術面來看，中國臺灣目前投入第三代半導體的主要玩家，多出自第一代、第二代半導體產業，包括臺積電、穩懋、環球晶、嘉晶、漢磊、強茂、宏捷科和環宇-KY等，當然也不乏橫空出世的選手，如盛新材料、鴻海。 此外，還有不少公司也積極搶進第三代半導體市場。以中美晶最受矚目，其旗下環球晶已是中國臺灣最大碳化硅晶圓供應商，中美晶也轉投資無線通信器材制造商宏捷科、功率元件廠朋程、藍寶石基板廠兆遠等，完整布局上下游組成“虛擬IDM集團”。 漢民集團的實力也不容低估，以漢磊投控投資磊晶廠嘉晶、晶圓代工廠漢磊，也曾投資IC設計廠瀚薪，在第三代半導體的步局最早、也最完整。 自動化設備大廠廣運集團則快速回應市場趨勢，與轉投資的太陽能廠太極能源，于2020年合資成立碳化硅基板商盛新材料。 這兩年積極搶攻電動車市場的鴻海集團，除了成立鴻揚半導體、買下旺宏6吋廠投入碳化硅制造，旗下鴻海研究院也投入元件設計開發研究。
01技術尚未標準化，賽局正要開始 由于第三代半導體技術與材料仍在發展階段，因此研發制程亟需客戶反饋，以持續調整優化。然而，往往想保住業務機密的客戶透露情報有限，導致中國臺灣廠商必須自行摸索，也彰顯出IDM廠商研發產制一條龍的優勢。 環球晶董事長徐秀蘭坦言，相對國際大廠，環球晶在第三代半導體發展還比較稚嫩，但客戶給的回饋愈快，愈能進步。雖然集團旗下公司各自獨立研發，基板商須對客戶保持中立性，不過集團內公司相對還是較樂意回饋意見，有助于集團成員加速彼此學習。如今第三代半導體仍是IDM廠的天下，但未來5～10年是否出現產業分工，徐秀蘭認為有可能，因為IDM廠和客戶之間仍存在競爭關系，一旦出現類似臺積電的大型獨立制造廠，或許就有許多IC設計商愿意下單。 聯電近日也宣布進軍第三代半導體產業，并且與比利時微電子研究中心（IMEC）進行技術研發合作，現正積極將相關技術朝平臺化發展，為IC設計業者提供標準化的技術平臺。針對這項技術平臺的建立，聯電將會以提供功率、射頻元件方案為主，初期會以氮化鎵技術先行，待其技術發展成熟后，下一步才會朝碳化硅開始布局。目前氮化鎵技術平臺建置已逐漸成形，預期2022年將進入Design in階段，取得客戶開發新品入場卷。率先提供的解決方案將以硅基氮化鎵為主，朝消費性功率元件代工切入，提供6吋晶圓方案。 至于臺積電，工研院產科國際所研究總監楊瑞臨指出，其硅基氮化鎵（GaN on Si）代工技術已獲功率元件龍頭納微半導體（Navitas）采用，臺積電也助其登上全球功率元件第一地位，這意味著中國臺灣能延續專業分工的制造優勢，在國際搶下一片天。 盡管如此，氮化鎵射頻通訊市場仍由射頻元件全球前兩大IDM廠思佳訊和Qorvo主導，中國臺灣投入氮化鎵射頻元件生產多年的穩懋，同是第二代半導體砷化鎵（GaAs）代工龍頭，與前者相比也只能算是新秀。 碳化硅代工大廠漢磊也認為，IDM廠在車載領域有優勢，基于車載可信賴度及賠償層面考驗，IC設計業者與代工廠合作在綠能領域機會較大。 碳化硅市場仍在不斷轉變，相關應用與設計框架也都尚未定型，老將未必就主導未來，新秀仍有反轉既有老將市占版圖機會，誰輸誰贏尚在未定之天。