一場早餐會，敲開台灣半導體產業之門
1974 年 7 月 26 日，潘文淵完成「積體電路計畫草案」，並獲經濟部核定。一個月後，積體電路計畫催生了工研院的「電子工業研究發展中心」（簡稱電子中心，電子所的前身），為台灣推動半導體產業發展的起點。
潘文淵當時建議與美國無線電公司技術合作，並從美國無線電公司辭職，召集海外學人成立電子技術顧問委員會（Technical Advisory Committee, TAC）， 被譽為「台灣半導體產業之父」。
如圖 7-1 所示，台灣半導體每 20 年為一個發展演變期。1960 年到 1980 年是世界及台灣 IC 產業的萌芽期。
回溯世界 IC 歷史，1958 年，全世界第一顆 IC 在美國德州儀器（TI）公司誕生。
而台灣半導體的歷史，則要從交通大學說起。1964 年，交大在台灣第一位本土工學博士張俊彥領導下積極投入，成立半導體實驗室（現今奈米中心的前身），曾任交大半導體實驗室主任的胡定華，在 1974 年電子中心成立時即毛遂自薦，並獲任電子中心副主任一職，胡定華當時擔任交大電子工程系教授兼系主任，負責為電子中心招兵買馬，次年辭去教職，專心並積極推動半導體技術研究。
1976 年，電子中心和美國無線電公司簽訂「積體電路技術移轉授權合約」，陸續派工程師到美國受訓學習技術；1977 年，受訓的工程師設計出台灣第一顆 IC 晶片，奠定了台灣 IC 產業的發展。
1980 年代，台灣半導體業開發發展，起源於 1980 年工研院出資成立聯電，創設台灣第一家半導體公司，也是新竹科學園區第一家進駐的公司。當年，聯電做的是單價不到 10 元的電子錶晶片；接著是 1987 年台積電成立，隨著 1990 年代，個人電腦興起、手機盛行，台灣 IC 產業進入成長期。
台灣 IC 產業從 2000 年開始進入茁壯期。以實績來看，2000 年台灣 IC 總產值 163 億美元，到 2020 年，達 1024 億美元，成長幅度逾五倍。
根據台灣半導體產業協會（Taiwan Semiconductor Industry Association, TSIA） 的資訊， 到 2021 年， 台灣 IC 產業產值為 1458 億美元，換算成新台幣首度突破 4 兆元，年成長率仍高達 26.7%。
台灣 IC 業創新分工策略
以半導體產業結構分析，從上游 IC 設計到中游 IC 製造，再到下游的封裝測試，產業高度垂直分工（如圖 7-2）。
早期的半導體公司都屬 IDM 廠，是從上游到下游垂直整合，台灣 IC 產業率先提出分工策略，推動晶圓代工加上 IC 設計，建立創新的產業結構商業模式。
1987 年台積電成立，以純晶圓代工業務商模，搶市場先機，至於聯電，則花了十年時間拆解 IDM，分拆獨立出聯發科、聯詠、聯陽、智原、聯傑、聯笙等 IC 設計公司，逐漸轉型為純晶圓代工公司，從此，聯電代工業務迅速發展。在分工趨勢下，傳統的 IDM 廠也減少自製改為外包。
台灣創新的分工策略發揮優勢，在晶圓代工、IC 封測和 IC 設計等全球市場中，都占有舉足輕重的地位。從實際的成果來看，2021 年台積電晉升為全球第一大 IC 代工廠、第三大半導體廠；聯發科則為全球第四大 IC 設計、第八大半導體廠；全球十大晶圓代工（不含 IDM 的純晶圓代工）台灣就有 5 家上榜，前十大 IC 設計公司，台灣則有 4 家入列。
以整體產業的實績，過去 20 年，台灣在晶圓代工和封測兩項業務上，都拿下全球第一的寶座，IC 設計也僅次於美國，排名第二，是台灣最有競爭力的產業。台灣晶圓代工總產值從 2000 年的 94 億美元，成長到 2020 年的 551 億美元，成長近五倍，占全球市場的 77.6%；而 IC 封測占全球產值的 57.7%，幾乎可說是由台灣主宰市場（如表7-1）。
預期未來，台灣半導體產業前景持續看好。根據半導體市場研究公司 IC Insights 預估，以純晶圓代工來看，2025 年市場產值可望達到 1251 億美元，占整體晶圓代工產值將拉升到 82.7%。
半導體產業從 1958 年發展至今，超過一甲子，近年來產業仍能保持 20% 的快成長，有兩大要因，一是沒有取代性的技術出現，二是，一直有驅動更新、新需求的衍生。
從過去台灣 IC 產業成長的脈絡可以看出來，隨著個人電腦、手機、網路和智慧型手機等資通訊產業蓬勃發展的軌跡；近期則有電動車、物聯網、人工智慧、元宇宙等新市場，鞏固了台灣堅實的核心競爭力，讓台灣 IC 業在世界上建立不可取代的地位。
碳化矽半導體是明日新星
至於半導體的材料，也隨著產品的應用和需求而不斷演進。
例如，第一代半導體的主流材料是矽（Si），又稱矽晶圓； 到了第二代， 則以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）的三五族化合物半導體為主；到了第三代，則以碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為主要材料的寬能隙（Wide Band Gap, WBG） 半導體， 由於能耐高壓、高溫、高頻等特性，符合要求高能源轉換效率的 5G 和電動車產品的應用需求，成為半導體新紀元的明星。
其中，碳化矽對電動車的輕量化、提升續航力和減少電池成本和充電時間，更是至關重要。
碳化矽俗稱金剛砂，具備低阻抗、高頻率、高導電性、高導熱性等特性，非常適合製造大功率汽車電子元件，尤其是電動車的電源設計，例如主機逆變器（又稱牽引逆變器）、車載充電器和 DC/DC 轉換器。
主機逆變器是電動車傳動系統的主要元件，可將車輛高電壓電池提供的直流電流（DC），轉換為電動馬達所需要的交流電流（AC），藉以產生移動車輛所需的扭矩，使用碳化矽功率元件可提高逆變器的效能，可提升車輛加速度及行車距離（即續航力）。最早應用碳化矽元件的特斯拉 Model 3，續航里程就大幅提升至 619 公里。
此外，假設逆變器保持功率不變，採用碳化矽的功率元件，重量會更輕、尺寸更小，系統可朝小型化、輕量化發展。
但目前全球碳化矽製造加工技術仍未成熟，不僅長晶（生長碳化矽單晶）技術門檻高，生產高品質的基板（如同提供單晶體生長的地基）和磊晶（在基板上形成結晶薄膜）的製造難度高，從切割、薄化、研磨、拋光等加工技術難度也高，技術仍待精進。
根據法國的市場分析公司 Yole Développement 估算，2021 年每輛電動車中，碳化矽功率元件為汽車製造商節省的電池成本達 750 美元。未來，若能掌握碳化矽技術，將更有助益於降低電動車及電池成本。
IDM 占車用市場四成
以車用晶片製程來看，目前主要以 8 吋廠供貨為主，部分用到 12 吋廠成熟製程。在 2022 年電動車和整體汽車晶片的需求強勁上升，特斯拉、福特、通用、福斯、現代汽車等大廠，甚至宣布自行設計晶片，小量、客製化的高度需求，也將推動 8 吋晶圓廠的產能提升。
然而，台灣半導體業在車用領域所占比例，一直落於手機及個人電腦之後，遠遠比不上國外的 IDM 大廠。
由於車用認證規格的特殊性，必須由上游到下游高度整合，許多車用 IC 領導廠商都是 IDM 廠，集設計、製造、封裝測試於一體的 IDM，可以配合車廠需求客製化產品，利於控管品質，是一般供應鏈不易打入車輛產業的原因，車用 IC 外包的比重大約在二至三成。
以 2020 年而言，全球車用半導體的總產值約 374 億美元，車用半導體大廠英飛凌、恩智浦、瑞薩、德州儀器及意法半導體占了市場超過四成，台積電僅占 4% 多。
近幾年 IC 產業面臨兩大隱憂，一是 IC 缺貨的情況，短期難以改善；二是晶片需求全方位增加，供需嚴重失調。台灣 IC 產業擁有最大產能，又有最快速的增產能力，等於手握最有利的解方，目前在車用半導體產業比例雖然偏低，但相對也顯示未來有很大的成長機會。
小辭典：整合元件製造廠（IDM）
IDM（Integrated Design and Manufacture）是一種垂直整合的製造模式，從設計、製造到銷售等流程都由一家公司包辦，這種商業模式需要雄厚的營運資本，全球前幾大IDM 廠包括英特爾、德州儀器、三星、東芝（Toshiba）等。
目前主要車用 IDM 前五大廠包括恩智浦（NXP）、英飛凌（Infineon）、瑞薩（Renesas）、意法（STMicroelectronics）和德州儀器等。
作者介紹
宣明智
宣捷集團創辦人
公信電子董事長
畢業於交通大學電子工程系
曾任：
工研院電子所作業部及系統產品部經理
聯華電子總經理／董事長／榮譽副董事長
矽統科技／智原科技／友訊科技 董事長
曾獲：
中華民國企業經理協進會：卓越成就獎／傑出行銷經理
中華民國管理科學學會：呂鳳章先生紀念獎章
資策會：傑出資訊人才
國立交通大學：名譽博士／傑出校友
參與推動台灣半導體、資通訊高科技產業四十年，擁有美國專利五十項。成立並擔任三間創投公司董事長，親身參與成立百餘家新創公司，其中超過五十家上市上櫃，並有豐富併購及重整經驗。
十年前投身生技產業，開發幹細胞新藥。兩年前成立「攻城獅」球隊，帶動台灣職籃發展。此外，長年支持科技公益協進會培育青年高爾夫選手。近期積極關注電動車產業，協助政府及產業攜手大步向前。
傅瑋瓊
自由作家、文字工作者、資深媒體人。以筆耕為業，期許用文字栽成一畝田。
第22屆「金書獎」得主，以《成功，就是要快速砍掉重練：電商黑馬創業家兄弟屢創驚人營收的55個商業智慧》，榮獲109年度【創新與創業類】得獎金書。
著有《傳誠：台灣電聲推手廖祿立的人生思索》、《誠義：侯貞雄與台灣鋼鐵產業七十年》、《黑松百年之道：堅持夢想的腳步》、《席夢思：百年美眠巨擘傳奇》、《金融鬥士：黃天麟與台灣金融業的五十年》、《成為世界相信的力量》等二十餘本書。
本文經授權轉載自天下文化《電動車產業大未來》
責任編輯／郭家宏
