人工智能（AI）、邊緣運(yùn)算與萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)，帶來(lái)無(wú)所不在的感測(cè)、通訊與功率解決方案需求，化合物半導(dǎo)體的重要性也隨之暴增。從資料中心里的服務(wù)器、網(wǎng)通設(shè)備，到手機(jī)上的 RF 功率放大器，以及為所有電子元件供應(yīng)電力的功率元件，都將因化合物半導(dǎo)體的普遍運(yùn)用，在性能上出現(xiàn)重大突破。
5G 通訊頻率高，能源效率更顯重要
臺(tái)達(dá) 電資通訊基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)群技術(shù)長(zhǎng)蔡文蔭就指出，在萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)，資料中心需處理的資料量將呈現(xiàn)爆發(fā)式成長(zhǎng)，連帶使得資料中心對(duì)電源、冷卻設(shè)備的需求增加。 但在此同時(shí)，客戶(hù)也會(huì)對(duì)能源效率有更嚴(yán)格的要求。 因?yàn)槟茉葱始幢阒皇窃黾?1%，都能為客戶(hù)創(chuàng)造出可觀的節(jié)能效益。
聯(lián)發(fā)科技處長(zhǎng)梁正柏則從終端裝置的角度出發(fā)，分享 5G 通訊在功率方面所面臨的挑戰(zhàn)。梁正柏指出，即便在 Sub 6GHz 頻段，5G 所使用的通訊頻率也高于 4G。光是在 RF 前端，訊號(hào)損失就會(huì)增加 1~2dB；再加上手機(jī)內(nèi)部能留給天線(xiàn)的空間越來(lái)越小，5G 手機(jī)天線(xiàn)的性能，通常會(huì)減少 0.5~1.5dB。 EFFECT PHOTONICS 技術(shù)長(zhǎng) Tim Koene 表示，提到光電積體電路，業(yè)界普遍想到的都是硅光子（Silicon Photonic），并認(rèn)為硅光子將在成本上擁有壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)，其他基于化合物半導(dǎo)體的光電積體電路很難與之競(jìng)爭(zhēng)。
以耐受電壓與輸出功率為界，SiC、GaN 各有其優(yōu)勢(shì)場(chǎng)域
Yole Développement 電源與無(wú)線(xiàn)部門(mén)總監(jiān) Claire Troadec 表示，電源芯片產(chǎn)業(yè)大約每 20 年會(huì)有一次革命性突破，GaN on Si 與 SiC 將是引領(lǐng)這波新革命的要角。但由于材料特性不同，這兩種元件適合的應(yīng)用市場(chǎng)也有所區(qū)隔。一般來(lái)說(shuō)，以耐受電壓 600~650 伏特為界，高于此一區(qū)間的應(yīng)用會(huì)以 SiC 為主；低于此一區(qū)間的市場(chǎng)則會(huì)是 GaN 的主戰(zhàn)場(chǎng)。
就個(gè)別應(yīng)用來(lái)說(shuō)，SiC 最重要的應(yīng)用會(huì)是電動(dòng)車(chē)、軌道運(yùn)輸與電動(dòng)車(chē)充電站；GaN 最重要的應(yīng)用則是消費(fèi)性電源，其次是電動(dòng)車(chē)與不斷電系統(tǒng)（UPS）等。
干坤科技技術(shù)長(zhǎng)詹益仁認(rèn)為，GaN 在電源領(lǐng)域的應(yīng)用潛力自 2010 年開(kāi)始受到關(guān)注，當(dāng)時(shí)業(yè)界對(duì)其發(fā)展前景相當(dāng)看好，投入的廠商也不少。但由于 GaN 與硅的特性不同，操作方式也不一樣，因此在商品化初期遇到相當(dāng)多問(wèn)題，發(fā)展并不如預(yù)期順利。直到最近一兩年，GaN 在技術(shù)上才真的達(dá)到成熟階段，可以大量商品化。
GaN Systems 亞洲區(qū)總經(jīng)理 Stephen Coates 則指出，以 GaN 材料制作的功率電晶體，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)漸趨成熟。不僅市場(chǎng)上已有相當(dāng)多標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，價(jià)格也十分具有競(jìng)爭(zhēng)力。以往客戶(hù)最有疑慮的元件可靠度問(wèn)題，現(xiàn)在也已不成問(wèn)題。除了消費(fèi)性電源之外，GaN Systems 也有服務(wù)器、工業(yè)設(shè)備、能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域的客戶(hù)，推出采用 GaN 功率元件的應(yīng)用產(chǎn)品；汽車(chē) Tier 1 客戶(hù)則正在設(shè)計(jì)導(dǎo)入階段。這些對(duì)元件品質(zhì)、可靠度要求極為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇怪碑a(chǎn)業(yè)開(kāi)始采用，是 GaN 元件可靠度已經(jīng)不成問(wèn)題的最佳證明。
產(chǎn)品線(xiàn)橫跨 GaN 與 SiC 的意法半導(dǎo)體（ST）則認(rèn)為，兩種產(chǎn)品雖然有應(yīng)用重疊之處，但由于技術(shù)特性的差異，會(huì)自然形成產(chǎn)品區(qū)隔。意法策略行銷(xiāo)經(jīng)理 Filippo Di Giovanni 指出，GaN 與 SiC 應(yīng)用重疊的地方，落在輸出功率 1~30kW 之間的應(yīng)用，低于 1kW 的應(yīng)用，GaN 有明顯的優(yōu)勢(shì)，高于 30kW 的應(yīng)用，則應(yīng)該采用 SiC。
檢測(cè)、蝕刻、封裝陸續(xù)到位，寬能隙元件起飛可期
日月光處長(zhǎng)邱基綜就指出，過(guò)去幾十年來(lái)，電源芯片的封裝一直在追求微型化、更好的散熱性能與更好的電氣特性，所用到的封裝技術(shù)也日益復(fù)雜。早年的電源芯片幾乎都使用打線(xiàn)封裝，但近年來(lái)采用覆晶封裝的電源芯片已越來(lái)越常見(jiàn)。
而為了進(jìn)一步在單一封裝體內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的整合度，很多芯片商已經(jīng)發(fā)展出將主被動(dòng)元件整合在同一個(gè)基板上的封裝技術(shù)，推出外觀看似芯片，實(shí)為電源模組（Module）的產(chǎn)品。
在檢測(cè)部分，科磊（KLA）區(qū)域產(chǎn)品行銷(xiāo)經(jīng)理周發(fā)業(yè)表示，就 SiC 而言，最關(guān)鍵的是晶圓投片生產(chǎn)前的瑕疵檢測(cè)，因?yàn)?SiC 晶圓出現(xiàn)缺陷的機(jī)率較高，因此在生產(chǎn)前的晶圓缺陷檢測(cè)十分關(guān)鍵。GaN 元件的狀況則正好相反，GaN 元件最棘手的地方在于，蝕刻制程不能對(duì) GaN 的結(jié)構(gòu)造成損傷，否則會(huì)對(duì)元件可靠度造成負(fù)面影響。因此，針對(duì) GaN 元件，檢測(cè)重點(diǎn)在蝕刻加工后的檢測(cè)。
至于在蝕刻部分，住程科技（SPTS）系統(tǒng)副總裁 Dave Thomas 認(rèn)為，SiC 蝕刻最具挑戰(zhàn)性的地方在于如何加快蝕刻的速度，以及加工的終點(diǎn)偵測(cè)。由于 SiC 的硬度相當(dāng)高，要對(duì)此材料進(jìn)行快速蝕刻是比較困難的。另外，因?yàn)?SiC 元件的電晶體未來(lái)都會(huì)采用溝槽式結(jié)構(gòu)，這意味著加工的終點(diǎn)會(huì)在盲區(qū)，要透過(guò)終點(diǎn)偵測(cè)把蝕刻深度控制得恰到好處，也是相對(duì)挑戰(zhàn)的任務(wù)。
而在 GaN 的蝕刻方面，誠(chéng)如周發(fā)業(yè)所言，GaN 層對(duì)蝕刻制程所造成的損傷相當(dāng)敏感，故在蝕刻過(guò)程中，必須放慢速度，小心翼翼地進(jìn)行。目前 SPTS 已經(jīng)能做到將反應(yīng)爐控制在電漿即將消失的極限條件，藉此把蝕刻速度放到最慢，以盡可能避免對(duì)元件結(jié)構(gòu)造成損傷。
