甫於9月中落幕的德國法蘭克福車展，電動車成了最大亮點，各大車廠紛紛秀出新的概念車款，展現全面邁向電動化發展的決心。
與此同時，全球節能規範也不斷提高。歐盟計畫自2020年起推行新的法規，以確保溫室氣體排放能進一步降低。
根據歐洲環境署(The European Environment Agency, EEA)的統計資料顯示，在歐洲，94%的交通工具溫室氣體排放是來自道路交通工具，而其中73%是來自乘用車和輕型商用車(Van)，27%來自卡車、巴士和貨車。
也因此，今年4月，歐盟議會和理事會通過了EU 2019/631號新法規，規定了2020年後歐盟新乘用車和輕型商用車的二氧化碳(CO2)排放新標準，以確保從2030年起，新乘用車和輕型商用車的二氧化碳平均排放量，與2021年水平相比，分別減少37.5%和31%。新的法規將於2020年1月1日開始實施，將取代現行的法規標準。
在降低二氧化碳排放量的法規日趨嚴格下，汽車電氣化與電動化的發展已是不可逆的產業趨勢，再加上車聯網、自駕車等新風潮降臨，汽車內含的電子系統數量正快速增加，包括先進駕駛輔助系統(ADAS)、各式電動車(xEV)的發展，將為半導體元件帶來可觀的市場商機；其中，攸關汽車節能與電動車續航力表現的功率半導體，更是一大成長焦點。
市場研究機構分析，一輛汽油車平均內含的半導體元件金額約330美元，而電動車約高達750美元，其中絕大多數都是用在功率元件，特別是主逆變器、車載充電器(On-board Charger)和DC-DC Converter。隨著電子產品和電動車增加，對於利用精密電力電子解決方案降低電力損耗、系統重量，以及整體擁有成本的需求，也將隨之上升，因而吸引各式功率半導體業者積極展開搶攻。
目前車用功率半導體，主要以矽基技術的MOSFET、IGBT為主，因為技術、製造、供應鏈都已非常成熟。不過，為了達到更高的節能效益與性價比，相關半導體業者也已加緊投入新的寬能隙(Wideband Gap)半導體技術，包括碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)皆有不少廠商投入，其中也不乏台灣業者。
在功率半導體市場，英飛凌可說是全球龍頭，從MOSFET、IGBT到新興的SiC/GaN技術，皆已有完整布局(圖1)，在汽車市場更已打下一片江山，2018年更與中國最大汽車製造商上汽集團，合資成立汽車功率半導體公司，為中國電動車市場製造功率模組；近期更積極擴建12吋晶圓廠與薄晶圓製程，期進一步鞏固市場領先地位。
資料來源：英飛凌
儘管龍頭大哥地位難以撼動，不少功率半導體廠仍舊看好汽車市場成長前景，積極展開布局。其中，以二極體起家的達爾(Diodes Inc.)已將汽車視為未來成長的關鍵引擎。
挾強固/可靠/性價比 達爾力拓車用MOSFET市場
看好汽車電子發展潛力，達爾自2011年即開始投入，並於2013年正式成立汽車產品部門。達爾全球離散元件產品副總裁唐逸鵬(圖2)表示，要發展汽車電子方面的業務，除了須有堅強的產品陣容外，更要有良好的組織體質、財務能力與支援架構。特別是車廠的零部件需求量很大，太多供應商會導致管理成本變高，因此對功率離散元件供應商來說，產品組合要愈完備愈好，才能提供一站購足式的服務。
唐逸鵬進一步指出，2008年達爾收購了英國離散元件開發商Zetex，當時這家公司約有30~40%的產品都是賣給汽車客戶，雖然產品不錯，但因公司小、缺乏組織架構，經營得很辛苦，規模很難壯大，所以達爾在收購後決定建立更完善的組織架構，成立了汽車電子部門，從2013年成立之初，汽車產品僅占公司總營收3%，如今已經成長至10%的比重，接下來將朝20%占比的目標前進。
唐逸鵬強調，功率離散元件的基本技術是一樣的，但隨著終端應用不同，功率離散元件要提供的價值也不同。以汽車應用來說，車用功率離散元件方案必須要很堅固，要以長期可靠性為賣點，而不是一味追求超高效能，而要達到此一目標，須從晶圓的設計、製程、到生產製造，每個環節都要好好掌控、費心調製，才能創造最大的價值。
舉例來說，達爾在幾年前所投資的新MOSFET技術：IntelliFET，便可大幅提升MOSFET的強固性，滿足汽車電子對可靠性的要求。這種自我防護型MOSFET將功率MOSFET與完整的保護電路陣列整合，有效防護靜電放電(ESD)、過電流、過電壓和過溫的情況。只要「智慧型」MOSFET感測到發生以上任一種可能造成災難的狀況，就會同時保護自己和與其相連的負載。整合這些保護功能，就能提高整體的系統可靠性。此外，狀態標示等新的功能，則透過提供診斷的能力，協助偵測並修正車輛內的故障，進而提高整體系統效能。
唐逸鵬解釋，車子使用的環境，很容易讓MOSFET受到損壞；IntelliFET是將控制器和MOSFET做在一起，並整合所有的保護功能。很多高檔車就用這種MOSFET來驅動，比起使用機械式繼電器，這種方案不會損壞，因而可省下大筆維修成本，所以頗獲車廠青睞。目前全球只有英飛凌、意法半導體、安森美、恩智浦和達爾這幾家，擁有這樣的產品技術。
唐逸鵬強調，MOSFET市場競爭非常激烈，要脫穎而出，一定要紮好馬步、練好基本功，將技術、製程做到最好，再者生產製造到封裝也要有整體的競爭力，如此才能打造出性價比最好的產品，從而站穩要求最嚴格的汽車電子市場。
延攬人才/厚植研發能量 強茂全力搶進車用MOSFET
另一方面，已在全球二極體與離散元件市場占有一席之地的台灣廠商強茂，近年來也積極轉進汽車市場，並從組織架構、產品研發、生產製造，以及業務拓展等層面，規畫了縝密的長期布局計畫；今年8月宣布投資6,800萬美元於八吋晶圓產品設備的重大訊息，即是強攻汽車電子市場的一連串動作之一。
強茂大中華區營業事業體副總經理陳佐銘(圖3)談到，強茂已是33年的老字號，在大中華區的消費性電子市場已奠定深厚基石。不過，公司這兩年組織大調整，從銷售、研發到製造，全都展現新的氣象，除延攬許多一線大廠的資深專業人才加入，更成立創新事業體(Innovation Business Unit, IBU)，並於新竹、矽谷設置研發中心，厚植產品研發能量，為的就是搭上汽車電子成長契機。
強茂集團策略長李學寒進一步指出，創新事業體主要將鎖定MOSFET、IGBT及SiC三大產品進行研發；其中，MOSFET會最先發展，將採用遮罩閘(Shielded Gate)技術，開發60~200V的產品，與溝槽式(Trench)、分離式閘極(Split Gate)技術的MOSFET進行區隔，以確保產品毛利，避免陷入價格戰泥淖。預計2020年第一季，強茂會先推出100V Trench MOSFET，第四季則可以提供Shielded Gate Trench MOSFET樣品，包括汽車、工業、消費性市場皆是可應用的範疇。
過去，強茂在業界主要以二極體為產品主力，但這幾年積極朝MOSFET布局，2018年一百多億總營收裡，MOSFET占比已將近15%；為進一步提升MOSFET產品競爭力，因此決定投入技術門檻相對較高的Shielded Gate Trench技術，並投資8吋晶圓設備，建立MOSFET晶圓設計及關鍵的核心製程能力。李學寒強調，未來該公司將以國際大廠做為標竿，藉由5年的發展計畫，在MOSFET市場深根發芽，期能躋身全球前五大廠之列。
除了積極研發新產品外，過去幾年，強茂也已陸續先讓原本消費性解決方案通過車規驗證，預計到2019年底有八成產品可以成為車規等級方案。換言之，強茂三萬顆料號中，80%的料號是符合AEC-Q101標準，能夠直接提供給車電領域的客戶。預計至2021年，所有產品都要通過車規要求。
陳佐銘透露，2018年汽車電子占強茂總營收比重已到8%，2019年預計可達一成，但目前貢獻營收的主力產品仍為二極體；未來，隨著創新事業體研發的新產品陸續上市，MOSFET產品線的比重將可日益攀高。
在生產製造方面，強茂也已導入MES製造執行系統，設立汽車產品製造專線及高效能製造產線，樹立汽車產品製造管理系統觀念。目前該公司已取得AEC-Q101、IATF 16949：2016等重要汽車行業品質規範的審核認證。除此之外，自2017~2019年，強茂也已陸續通過多家車電廠評審合格。陳佐銘談到，近期強茂正緊鑼密鼓的與新的一級車電製造商展開工廠稽核作業。有車電廠甚至承諾，只要強茂產品通過驗證，它就直接導入量產機種，將是明年很重要的成長機會。
陳佐銘分析，受到全球車市低迷，以及中美貿易戰影響，車廠面臨極大的經營壓力，許多中國與歐美汽車大廠紛紛開始尋求新的供應商，一來增加供應鏈應變彈性，二來可降低成本，因而為強茂開啟進入車電市場的大門。而強茂也已做好準備並已有一隻腳跨入；未來，隨著新產品問市，以及在一次次與車廠驗證過程中學習後，該公司體質將可更加脫胎換骨，真正站穩汽車電子市場。
電動車成長可期 車用IGBT前景看俏
相較於MOSFET可被廣泛應用，IGBT在汽車領域的用武之地，主要是以電動車馬達驅動、車載充電器為主。由於電動車出貨量將持續攀升，以及在工業方面的應用也大有可為，加上IGBT的價格較高，吸引不少業者投入，如台灣的茂矽、強茂近來都已展開布局。
IGBT主要分為離散式(Discrete)IGBT和IGBT模組兩種方式，各有適合的運用情境，以市場規模來看，後者相對較大，約達26億美元規模。然而，目前IGBT市場主要由英飛凌所把持，無論在離散式IGBT或IGBT模組領域都擁有30%以上的市占，遙遙領先其他業者(圖4)。
資料來源：IHS Markit、英飛凌
對後進廠商來說，能否掌握IGBT晶片來源，是最大的成敗關鍵，因為晶圓占IGBT的成本結構很高，若只能仰賴外部採購，獲利空間有限。以強茂為例，即打算在未來2~3年內先投入場截止型(Field Stop)IGBT的晶圓開發，再進入智慧IGBT模組製造。
群雄卡位動作頻頻 碳化矽車用市場鳴戰鼓
碳化矽(SiC)功率元件是另一個備受期待的汽車電源設計新方案。不同於矽基功率半導體，具有寬能隙特性的碳化矽能實現高切換效率與低導通損耗，以及高功率密度的設計，且在高溫環境下具備絕佳的工作特性，對電動車進一步提升能效、延長續航力，同時縮減體積、重量有極大助益，因而吸引功率半導體廠爭相競逐。
碳化矽方案主要用於電動車車載充電器或主逆變器設計。2017年開始，比亞迪開始將SiC MOSFET導入車載充電器產品，而2018年特斯拉Model 3則是在主逆變器中使用了42顆ST的SiC MOSFET。另外，部分車廠也預計在2020年開始採用SiC技術的模組進行原型開發。
然而，眾所周知，碳化矽材料成本相當高昂、晶圓供應來源也有限，因此市場發展一直是雷聲大雨點小。不過，隨著特斯拉Model 3開始導入SiC MOSFET，以及主要大廠近來加速擴充晶圓產能，為碳化矽功率元件的成長再度點燃新火苗。
科銳(Cree)是目前全球碳化矽晶圓最主要的供應來源。為了強化在市場競爭的領先地位，加速碳化矽在一系列高增長產業中的採用，科銳在2019年頻頻加碼布局(表1)。其中，最令業界關注的莫過於宣布投資10億美元建造全球最大的碳化矽製造工廠，擴充碳化矽晶圓製造產能。
據了解，科銳將在美國紐約州Marcy建造一座全新的採用最先進技術並滿足車規級標準的200mm(8吋)碳化矽晶圓製造工廠，而與之相輔相成的超級材料工廠(Mega Materials Factory)的建造擴產，也正在該公司特勒姆總部開展進行。
科銳執行長Gregg Lowe表示，碳化矽是這個時代最為關鍵的技術之一。這座新的晶圓廠將能助力包括從內燃機向電動車的轉型，以及超快速5G網路的部署等，推進碳化矽被更為快速地採用。
這座新工廠計畫將於2022年實現量產，完工面積達到480,000平方英尺，其中近1/4將是無塵室空間，提供未來所需產能擴充。
除了科銳之外，意法半導體(ST)的SiC布局力道也不遑多讓，不但已與科銳簽訂多年的碳化矽晶圓供應協議，今年2月更宣布收購碳化矽晶圓製造商Norstel的多數股權，進一步擴大碳化矽製造的靈活性。此外，ST也持續於意大利Catania的工廠擴充6吋晶圓產能。
Norstel總部位於瑞典北雪平市(Norrkoping)，2005年從林雪平大學(Linköping University)分拆出來獨立經營，主要研發先進的150mm(6吋)碳化矽裸晶圓和磊晶片。
意法半導體總裁暨執行長Jean-Marc Chery指出，ST是目前唯一一家量產車規等級碳化矽產品的半導體公司。收購Norstel多數股權是該公司加強碳化矽生態系統過程中所邁出的一步，將提升製造的靈活性，同時提高產品良率和質量，並支援長期的碳化矽產品規劃和業務，進而增強公司在工業和汽車SiC產品的產量和應用範圍方面的競爭力，在2025年預計超過30億美元的SiC市場中繼續保持領先地位。
除了致力擴大產能，ST的碳化矽功率元件在市場上的拓展成果也值得關注，不僅SiC MOSFET成功獲得特斯拉大量產用，日前更被雷諾-日產-三菱(Renault-Nissan-Mitsubishi)聯盟，指定為高效能碳化矽技術合作夥伴，為即將推出的新一代電動車的先進車載充電器提供功率電子元件，預計搭載ST碳化矽的車載充電器專案將於2021年投入量產。
據了解，2018年ST在SiC產品的營收已超過1億美元，預計2019將可突破2億美元規模。
不只國際大廠爭相插旗，看好SiC未來發展潛力，強茂也已著手展開布局。強茂集團策略長李學寒透露，該公司目前已有SiC二極體產品，SiC MOS預計是2020年第一季左右可以問市。而為了進一步改善產品的成本結構，強茂已積極與合作夥伴深入合作，設法降低基板成本。
拓展車電市場 技術不是唯一條件
誠如陳佐銘所言，中美貿易戰讓原本封閉的汽車供應鏈有了新的破口，為想切入車電市場的元件供應商開啟新的機會。
然而，嚴謹、保守向來是車廠一貫的經營風格，新的供應商要想成功贏得青睞，光是通過AEC等國際標準認證只是取得候選資格，技術根基是否紮實；產品可靠度、性價比能否符合要求；生產製造品質能不能通過稽核；甚至長期供貨、財務能力，以及過去交貨紀錄等等，皆是汽車OEM和車電廠檢視供應商的重要條件。
因此，習慣了PC、消費性電子生意模式的台灣廠商，恐怕公司從上到下得先重新調整思維模式，建立好正確經營方針，才有機會在車電市場找到新的一片天。
