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。