功率基础元件走向大电流、低阻抗时代 

来源:DIGITIMES #晶圆# #元件#
1.6w

Power MOSFET(金氧半场效晶体管)随着车用电子化、新能源车、工业4.0趋势,国际IDM龙头已经全力抢进大电流、高功率MOSFET市场。尽管台系功率元件厂商多以PC、消费电子产品用产品为大宗,2017年下半以降,也大幅受惠国际大厂淡出一般中低功率MOSFET市场之转单效应,迎来缺货、涨价的营运利多。然而,中长期而言,包括二线晶圆代工、设计、甚至后段封测厂商,已经不能忽视中高功率元件市场商机,如何在有竞争力的成本效益之下,降低阻抗、提升性能表现,成为台系功率半导体相关厂商抢进工控、甚至更高端的车用相关元件领域重大课题。

熟悉功率元件厂商坦言,相关厂商可以使用性能表现相当诱人的化合物半导体如碳化硅(SiC)制程,但是成本与价格将是最大考验。另一方面,在不改动芯片设计与封装的前提下,介于晶圆代工与后段封装之间的「中段」晶圆薄化制程,未来将是功率元件供应链中相当重要且具有成长潜力的一环。

事实上,功率元件厂商表示,举凡各类分离式元件如二极管或是MOSFET等元件,甚至近年来备受重视的绝缘闸双极晶体管(IGBT),大约都可以分成三种等级,首先最大宗应用就是一般消费电子用的中低功率元件,其次为工业控制领域,而必须因应最严苛环境考验、又需要大电流、高功率部分元件,就是车用、甚至交通建设如地铁、高铁系统用的高功率产品。

而值得注意的是,举凡国际大厂或是台系厂商,泰半都承认SiC元件如SiC萧特基、SiC MOSFET、SiC功率模块相当优异的性能表现,如欧系的英飞凌(Infineon)、日系罗姆(Rohm)等等知名IDM厂,已经在SiC元件领域打下一片天,台系厂商中,在设计与制造端,则有瀚薪、汉磊等厂商跨入,瀚薪已经是全球前五大的SiC元件供应商。

宽能隙特性是SiC等化合物半导体元件最关键的竞争优势,可以有效在相对较小的体积下,降低导通阻抗,由于硅元件的导通阻抗在面对温度变化的环境时,导通阻抗的上升也将随着温度增加而提高,SiC元件在现行元件需求走向更轻薄短小、力求更好的能耗趋势下,加上车用产品必须因应剧烈的外在环境变化,SiC性能优势显而易见。

然而,台系二极管厂商与国际IDM厂也透露,碳化硅元件价格至少是传统硅元件8~10倍以上的差距,进一步影响下游客户的导入意愿,而如果客户导入意愿不高,也回过头来使得第三代半导体材料的普及率大打折扣。对于台系厂商来说,除了技术良率必须积极追赶上国际大厂外,在成本竞争力上,要采用碳化硅抑或氮化镓(GaN)等第三代半导体材料,尚有一段路要走。

有鉴于此,台系功率半导体厂商认为,未来数年内,传统硅元件ˋ之中段晶圆薄化代工服务的重要性将会大幅提升,目前既有厂商包括升阳半导体,以及酝酿多时投资新厂房、设备、产能的宜特科技等。主系对于前段芯片设计、晶圆代工或是专业委外封测(OSAT)厂来说,能否够有不变动原有的硅制程、设计与封装的解决方案,将随着产业趋势的发展更趋重要。

相关厂商表示,如国际龙头IDM厂包括英飞凌、东芝(Toshiba)、安森美(On-Semi)等,各自都有其在功率MOSFET硅制程、设计端的独门技术,又或者在封装端透过夹焊(Clip Bond)、扩散接合(Diffusion Solder),藉由使用铜夹(Clip)加大电流路径取代金线(Gold wire),降低导线电阻,以及利用在异质金属间形成介金属化合物,来使得金属间阻抗降低。若需要在不更动设计或封装制程的前提下,中段的晶圆减薄制程,成为硅功率元件厂商能够有机会达到高效率电力转换、低功率耗损目标的方式之一。

熟悉功率元件厂商表示,当然,一线IDM厂仍会将毛利最好的产品自制,不过,委外代工已经是IDM厂多年以来趋势,由于全球政府对于环保节能的政策要求日益严格,新能源车的加速推广已经是大势所趋,加上车用电子化的脚步未曾停歇,全球供应体系也正在寻找继智能型手机之后的蓝海市场,功率半导体需求将持续看增。

熟悉功率元件厂商坦言,台系晶圆薄化代工厂商如升阳半、宜特等,事实上正站在关键领域,据了解,升阳半已经积极争取欧系IDM龙头车用MOSFET薄化代工大单,车用中高功率MOSFET也是晶圆代工厂商如茂硅、世界先进、汉磊等认为台厂最有机会卡位的元件之一,后进的宜特在大力投入资源的中长线策略下,晶圆薄化良率已经来到99.5%水平。

熟悉相关制程厂商表示,由于薄化后的晶圆厚度已经可来到50微米(um),未来甚至更可能挑战仅25um,如何避免翘曲、降低运送往后段封装厂途中造成的破片等影响,也考验相关厂商的技术、良率、与整合服务能力。而对于台系功率元件相关如二极管、MOSFET芯片、晶圆代工甚至后段封测厂商来说,短期内自行发展第三代半导体材料元件至大量生产到足以支撑市场,确实是充满挑战,进一步寻求在硅元件的基础下,与晶圆薄化代工服务厂商的合作,则成为一个重要的选项。

责编:
来源:DIGITIMES #晶圆# #元件#
THE END
关闭
加载

PDF 加载中...