撰文／張玉圓
臺灣汽車零組件一年產值約 2,000 億元，南臺灣約占三分之一，車燈、碰撞件更是全球售後維修市場龍頭，隱形冠軍輩出。在自駕、聯網與電動化趨勢下，汽車零組件產業漸向電子零組件靠攏，耐高溫、高壓的化合物半導體，如氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC），將是帶領汽車零組件產業前進下世代智慧車輛的關鍵字。
臺灣半導體產業獨步全球，指的多是矽（Si）半導體，有別於第一代的矽半導體與第二代的砷化鎵（GaAs），被稱為第三代半導體的化合物半導體，如氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC），其高速、耐高溫、耐高壓的特性，主要應用於高頻通訊及動力電子元件。目前國際上僅少數大廠有量產製造能力，供給相當有限，但下游出海口卻十分廣泛，需求強勁，包括電動載具功率轉換與傳動、再生能源功率轉換、工業自動化控制、高頻通訊射頻電路等等，具有十足的未來性。而這正是工研院「南方雨林計畫」的技術核心。
化合物半導體已成為下世代產業的競技擂台，只不過，臺灣雖然具備完整的第一代半導體產業鏈，但過去在化合物半導體著墨較少，僅少量代工，並不具備上下游整合能量，功率半導體更缺乏經驗。尤其南臺灣以車用零組件及機械等「黑手」產業為主，真的有能力發展化合物半導體這項先進科技產業嗎？
發展化合物半導體 南臺灣具優勢
「絕對有！這正是南臺灣的優勢，」南方雨林計畫的發想者，工研院協理兼工研院南分院執行長吳誠文信心滿滿地說。吳誠文是電機博士，專長是半導體研發及應用；他也是臺南子弟，對南部產業十分熟悉。「劉文雄院長要我整合工研院在南臺灣的資源，讓研發工作和產業推動更為聚焦，我就想到了化合物半導體結合南部產業，能夠創造臺灣下一波競爭力。」
吳誠文說，南臺灣具有強韌產業生命力，許多全球第一的隱形冠軍都是來自南臺灣：像是裝置在特斯拉（Tesla）電動車、軌道車，甚至太空站的螺絲；保時捷、法拉利的鍛造輪圈；特斯拉電動車的傳動系統等。這些南部隱形冠軍的特性是，幾十年來跟著世界級大廠客戶學技術、改善製程，把產品做到爐火純青；「其先進程度以及國際格局，不亞於國內半導體和科技業，你不得不佩服他們。」
第一波應用 車用動力電子不缺席
在這些南方隱形冠軍之中，最適合投入化合物半導體第一波應用的，就是車用零組件廠，既有先天優勢，也有不能缺席的迫切性。首先在優勢方面，國內汽車零組件從車燈、鈑金、保險桿，早已進入全球一級車廠供應鏈，擁有現成的市場鏈結。相形之下，北部半導體及電子業，以消費性電子為主，在汽車市場占比甚低。「南部的車用零組件廠跟客戶關係緊密，隨時能與世界級車廠溝通，未來若能帶著半導體業者進入汽車供應鏈，事半功倍。」
其次，傳統汽車零組件產業具有轉型迫切性，隨著電動車、自駕車商機日益發酵，電子零組件在汽車的占比愈來愈高，國內車用零組件廠擅長的是金屬件及塑膠件，為追求持續成長，業者一直苦思轉型。「跨足車用動力電子，就是最佳突破點，」吳誠文說，電動車市場正在快速發展，以車用動力電子做為化合物半導體的出海口，短時間可立竿見影，增加業者的信心，也不會與既有矽半導體產業鏈衝突，甚至可以相輔相成，開創更多機會。
傳產跨足新興半導體 工研院弭平技術門檻
然而，放眼全球，目前擁有高品質 SiC 晶圓及元件研發與量產製造能量的，僅美國的 Cree、日本的 Rohm 等少數大廠，主因就是 SiC 高壓高功率元件的生成，從原料、設備、長晶、切割、研磨、磊晶到模組，每一個階段都是高技術含量。國內的車用零組件廠想要跨足化合物半導體的車電應用，門檻何其高？
這時候工研院就可以扮演積極的角色，擔任技術提供者以及整合平台。吳誠文說，在「技術與人才」方面，臺灣學術界長期培養的化合物半導體人才相當多，工研院內就有不少人，也握有為數可觀的 SiC 專利，搭配其他學研機構及既有的化合物半導體與車用電子分工產業，「以這些技術與人才為基礎，傳統車用零組件廠商從工研院的協助得到奧援，投入化合物半導體與車用動力電子產業就更有勝算，大幅提高了他們在地投資的意願。」
南方雨林計畫是以四年為目標，在南臺灣打造化合物半導體的整合元件製造公司（IDM），從設計、製造、封測到自有品牌的元件與模組，聯結到車用動力電子。搭配的還有原料、設備、晶圓切磨、熱處理封裝、軟體工具等，每個環節均可以由本土研發或進行國內外合作，希望在四年內達到試量產成效並衍生事業體。
打造化合物半導體 IDM 黑手變身高科技
車用動力電子包括馬達驅控、逆變器、電源轉換器、車載充電器等使用的功率晶片，及外接充電樁的功率調節元件等，目前多由國外大廠提供，購入成本甚高。未來臺灣若能製造，黑手產業可望搖身變為新興科技業。
最關鍵的部分除了「技術」，還有「人才」。吳誠文說，車用零組件產業在一般民眾的心裡，仍屬傳統產業，年輕人投入意願不高；但若跨足化合物半導體，轉投資新創科技公司，具備半導體的 DNA，人才磁吸效應就有機會發生。
雨林涵養萬物 化合物半導體帶來豐富應用
既有車用零組件業者擁有「市場」經驗優勢，工研院整合「技術」與「人才」，政府結合民間共同投入種子「研發資金」拋磚引玉，可望帶來車用動力電子新產業的投資。「南方雨林」已在南部與某汽車零組件大廠簽訂合作備忘錄，擬共同開發化合物半導體與車用動力電子技術。
如同雨林涵養萬物，豐富在地多樣生態，化合物半導體也能帶給南臺灣豐富的應用與新產業，因此未來「南方雨林」還有更長遠的規劃。吳誠文說，車用動力電子做為試金石，技術能量及營運規模建立後，未來還可打入更高壓的軌道車、工業馬達、再生能源電網等市場，產業實力二次升級。當臺灣製造的動力電子元件銷售到全球每個角落時，進一步能夠收集大數據，發展加值應用，數位產業也將應運而生。吳誠文說，「我們先從化合物半導體踏出第一步，過程勢必充滿挑戰，但如果說全世界有哪個國家可以做得到，臺灣肯定是其中一個！」
轉載自《工業技術與資訊》月刊第 348 期 2021 年 1/2 月號，未經授權不得轉載。
