知識庫

新世代半導體材料點燃台灣電動車關鍵組件新契機
  • 發布年度:2021
  • 主要類別:車輛產業調查與分析
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 產業發展處 王畯洋

    車輛電動化已成趨勢浪潮
    受惠環保意識抬頭與各國政策推動,電動車市場蓬勃發展,全球電動車銷量從2017年126.2萬輛,成長至2020年324萬輛,而2021年1至4月銷量已達2020年銷量的48%,詳如圖1。

    圖1. 全球電動車銷售概況
    資料來源:EV-Volume,車輛中心整理(2021/6)

    低能耗碳化矽(SiC)趁勢崛起
    電動車與燃油車差異為使用大量電子零組件(含功率元件),並以電能取代燃油、電池取代油箱、減速器取代變速箱、馬達及驅控器取代引擎等,詳如圖2。惟現行電動車的功率元件多採用以矽(Si)為主的半導體材料,又矽材料因物理特性限制(如絕緣體擊穿電壓),在電能轉換過程中能耗損失較多,已無法滿足新世代高功率低能耗的電動車產品需求,帶動廠商加速投入研發第三代半導體材料-碳化矽(SiC),相關特性說明詳參表1。

    圖2. 燃油車與電動車結構差異
    資料來源:車輛中心整理(2021/6)

    表1. 碳化矽半導體材料物理特性    資料來源:羅姆半導體、Tech Web、Yole Developpement、DIGITIMES及車輛中心整理(2021/6)   

    電動車產業的明日之星-碳化矽(SiC)
    碳化矽是由矽和碳構成的化合物半導體材料(又稱第三代半導體),硬度僅次鑽石,因具耐高溫高壓、高切換頻率及低能耗等特性,適用於高電壓的馬達驅控器及充電設備產品,深受國際電動車業者青睞,可望成為電動車產業的明日之星,詳如表2。

    表2. 半導體材料發展情形參考資料:DIGITIMES、網路多元調查及車輛中心整理(2021/6)

    電動車大廠攜手國際半導體業者合作
    根據國際市調機構Omdia報告指出,第三代功率半導體碳化矽(含氮化鎵)市場規模,將於2029年前達到50億美元,其中大部份營收來自於電動車輛產業。此外,由於目前碳化矽因長晶難度高,尚無法大規模生產,已被先進國家(美國、德國、日本等)視為戰略物資並管制出口。而國際電動車大廠(Tesla、Volkswagen、Porsche及BYD)為確保零件採購無虞,相繼與國際半導體大廠(意法半導體、科銳及比亞迪半導體等)合作,攜手發展第三代半導體SiC功率半導體元件,搶攻市場商機,詳如表3。

    表3. 國際半導體業者與車廠合作情形參考資料:數位時代、遠見雜誌、天下雜誌、DIGITIMES及產業資訊室等,車輛中心整理(2021/6)

    國內供應鏈摩拳擦掌,迎接電動車碳化矽關鍵零組件商機
    台灣半導體產業能量強盛,從基礎材料、晶圓生產、IC設計至晶片製造、封測及功率元件等產品,已有完整生產供應鏈,深具新世代半導體碳化矽產品的發展利基,詳如圖3。國內業者刻正投入碳化矽技術發展,並已有相關產品導入於電動車實績,如永光研發SiC專用研磨液、環球晶4吋SiC晶圓產品小批量生產、尼克森的SiC晶片設計及強茂的SiC功率半導體元件等。

    圖3. 台灣新世代功率半導體及應用元件相關供應鏈
    資料來源:各公司官網、車輛中心整理(2021/6)

    國內產業現況與未來發展建議
    隨電動車產品邁向高電壓、高電量及低能耗發展的同時,也將加速抬升第三代半導體SiC功率半導體元件市場需求,國際電動車大廠積極布局外,國內相關業者亦磨刀霍霍搶攻商機,已有相關產品量產與應用實績。
    台灣貴為全球半導體與資通訊重鎮,深具產業上中下游研發與製造能量,惟現階段商業模式仍以B2B模式為主,缺乏制定終端市場之產品規格及市場驗證能力。展望未來,建議我國電動車產業可規劃朝結合我國半導體、資通訊及車電零組件優勢,合作建立整車平台來發展第三代半導體及整體供應鏈,"先以B2B2C模式及國內市場練兵",目標搶攻全球電動車市場。

© 2016 ARTC All Rights Reserved. Design by Creatop.