SEMICON Taiwan is one of the best business matching platforms for plenty of companies, aiming to not only advance technological frontiers, but also bring innovation in various kinds of technologies forward. For semiconductor players who are closely connected with the global supply chain, SEMICON Taiwan is also an excellent opportunity to showcase the latest solutions, whereas it is a must-visit for visitors to get to know what’s new from thousands of exhibitors in a short time.

參展櫃位I3323

5G時代來臨，人工智慧、物聯網、車聯網等應用相繼崛起，為提升晶片效能，半導體持續發展晶片微縮製程，從7、5奈米（nm）走向3、2奈米，逼近摩爾定律的極限，亟需另闢蹊徑來推動技術演進。其中，透過2.5D或3D設計，將不同電子元件堆疊，整合在一顆晶片的「異質整合」技術應運而生，成為半導體產業持續前進的突破點。

技術領先　達全球最高深寬比

傳統2D封裝是將晶片並排安裝在單一平面上，隨著晶片走向輕薄短小，還要具備高運算、低功耗等高階應用能力，2D封裝已不足支撐產業需求；3D封裝突破了水平框架限制，透過異質整合將不同功能的晶片垂直堆疊整合，使得晶片模組運算能力更強。

中介層技術是異質整合的關鍵之一，玻璃中介層擁有低翹曲、訊號傳遞更快、用電效率更佳等優勢，加上符合輕薄需求，近年有後來居上的趨勢。中介層需要內接金屬導線作為上下訊號傳遞的通道，因此會針對玻璃進行穿孔加工，隨著半導體製程的不斷演進，導線孔洞的「深寬比」（Aspect Ratio；AR）持續增加。

所謂「深寬比」又稱縱深比，指的是導線孔洞深度與直徑的比例。工研院機械與機電系統研究所先進機械技術組副組長黃萌祺說明，3D晶片堆疊層數越多，孔洞就要打得越深，晶片尺寸變小，線寬線距越來越短，孔洞直徑也就跟著縮減，因此製作小孔徑、高深寬比的方向是必然趨勢。然而深寬比愈高也代表製程愈難，成為產業亟待克服的技術挑戰。

「就像是蓋大樓，一層又一層構築起外觀與骨架，玻璃基板就如樓層間的地板，必須將樓板鑽孔打通，串接上下層的電路、水管等管線，讓水電正常供應，各樓層機能無虞，」黃萌祺提出生動比喻。

工研院耗費5年，領先全球研發「高深寬比玻璃基板電鍍填孔及檢測技術」，透過玻璃基板通孔（TGV），連通上下層金屬導線，傳輸電力與訊號，使晶片效能最佳化。「工研院的技術就是要讓大樓蓋得再高，也能保證電訊與電力的傳輸品質！」黃萌祺說。

濕式金屬鍍層沉積技術　成就最高深寬比

國際上對高深寬比的研發不在少數，但AR最多只到10，遠不及工研院的解決方案。而工研院領跑全球的關鍵，有賴三大亮點技術：首先是開發全新填孔電鍍製程，以玻璃通孔基板為中介層，再將銅電鍍上基板填充孔洞，讓電路上下連通。為增加金屬與玻璃的接合度，填孔前玻璃表面需要製作一層100至200奈米的複合式氧化物導電薄膜，以此作接合的橋樑。

業界是以乾式結合濕式製程來製作導電薄膜：利用真空電漿鍍膜設備（PVD）把金屬打成離子狀態飛入孔洞，但晶片堆疊越多層、孔洞位置就越高，要精準入洞的難度也增加，以致良率下降；工研院開發出低成本、適合高深寬比的「複合式氧化物導電薄膜」，採全濕式製程，透過浸泡無機氧化物與無電鍍銅藥液流經深孔，使其表面產生氧化物薄膜，再經低溫共燒技術，讓金屬氧化物薄膜與玻璃基材產生介金屬化合物，即可克服玻璃與金屬附著力不佳的瓶頸。

「若採傳統製程，深寬比15已是極限，」黃萌祺指出，全濕式製程的AR可達15至30，晶種層沉積率高於7成，覆蓋率佳；且PVD機台身價不斐，「從乾濕搭配改成全濕式設備，可節省成本約5成，為業者減輕不少壓力。」

單劑雙功能電鍍添加劑　完美無縫填洞

其次是開發具雙功能的單劑型電鍍添加劑填孔配方。一般情況下，以電鍍填充銅金屬時，孔洞表面往往最快形成金屬沉積，中間則最慢，因此容易產生空隙，實際使用時遇到較大電流，晶片會很快損壞，所以需要使用特殊的添加劑，讓孔洞口金屬沉積速度變慢，待孔洞中間填滿後再填洞口，就可減少孔隙產生。

黃萌祺解釋，要解決這個問題，業界普遍同時使用3種添加劑，但電鍍時3劑各自消耗，需要適時補充，但添加劑會彼此干擾，要補充什麼？補充多少？難以精準掌握。團隊決定甩開這個惱人問題，直接開發新型添加劑，「從一篇篇文獻研究開始，判斷哪些化學藥劑可能符合所需功能，再逐一進行篩選，」黃萌祺說。

經過一段摸索期，團隊找到幾支特定藥劑，展開配方實驗。團隊主要開發成員工研院機械所研究員張佑祥，半年來幾乎天天泡在實驗室，將實驗每個步驟一一記錄，精挑細選出一款不曾使用於電鍍的藥劑，意外的同時具備抑制與平整功能，不用再與其他劑搭配，效果就很出色。「由於是單劑型作填孔電鍍，不但能解決覆蓋率的問題，降低因不同電鍍添加劑所造成的量測干擾，更有效提升製程穩定性與良率，與目前業界配方相比，還能省下50%的成本，」黃萌祺興奮表示。

晶片異質整合示意：以扇出型面板級封裝為例。

3D微孔偵測　缺陷無所遁形

第三個亮點則是開發先進的3D圓球形演算法（Sphere-Fitting），來檢測高深寬比的銅填孔狀態。黃萌祺透露，這項技術可說是研發過程中最具挑戰、也是最難掌控的部分。結構或藥劑配方，團隊還能自行調整，唯有填孔成效，從外圍到中間有沒有填好填滿？哪裡有孔隙？光憑肉眼與普通顯微鏡都無法觀察，「若忽略這道程序，不知道填充結果，就像矇著眼睛研發，根本無從精進。」

一開始團隊委託外部檢驗單位，光是檢測一片基板就得耗上半天，3D X光片也需人力逐一檢查，若同時開發多種配方，來回至少要1～2個星期，曠日費時。所幸，團隊獲得院內材料領域專家跨刀相助，開發出改良版的3D圓球形演算法，經高解析、高對比的奈米斷層掃瞄，電腦軟體針對內部結構之微孔分布與直徑加以演算，精確快速找出缺陷。黃萌祺認為，「這個演算法的最大突破，是可以同時偵測上百根TGV銅填孔，最快1到2天就能知道結果，大幅縮短檢測與校正時間。」

工研院材料與化工研究所博士林子閎表示，類似的孔隙偵測技術多用於生醫材料或原油探勘，例如牙科檢測牙本質小管細微結構、石油業者鑽油探勘油礦等。而將自動孔隙偵測演算法結合奈米斷層掃描3D檢測技術，用在電子業則是頭一遭，對材料領域也是新的嘗試。「這個檢測的挑戰在於，銅金屬照X光容易造成散射，要讓軟體剔除雜訊與散射，才能進一步建立3D立體軸，清晰呈現後，由程式自動且快速鑑別出金屬柱內的孔隙、缺陷位置與軸向定位。定義出精準座標後，電子顯微鏡才能進行精準比對確認，做更高解析度的分析，朝正確的方向調整。」林子閎說。

透過精確的檢測驗證，團隊明顯感受到成果漸入佳境，「早期技術沒那麼完善，內部會有滿大孔隙，像是球棒中間裂開一條縫，隨著技術越改越精良，後期只會出現如花生米一般、2至4微米（㎛）的洞；到了現在，連一點點孔隙都找不到了！」黃萌祺不禁露出滿意的笑容。

為半導體業超前部署　創千億產值

本技術問世，可應用在半導體先進封裝產業中的扇出型面板級封裝（FOPLP）、高密度電路板（HDI PCB）以及IC載板，滿足電子產業先進製程的需求。黃萌祺指出，該技術雖然只占封裝製程一部分，但濕式設備與單劑添加劑等重要開發，不僅縮短製程時間，也為業者省下至少3成的設備與藥劑成本，估計可創造上千億元的產值。

這項開發計畫的另一層重要意義是促成跨產業的合作，例如提供玻璃基板與鑽孔的國際知名玻璃大廠，原本將主力放在供應顯示器，藉由這次的計畫也跨足半導體領域，獲得新的產品開發方向；而與工研院搭配，設計藥劑設備的2家本土設備廠，也是首次跨入半導體先進封裝設備領域，建立次世代的國產設備能量。

黃萌祺透露，目前業界對高深寬比的量產要求AR約7～8，預計2、3年後才會提高到10至15，工研院可說是為半導體產業超前布署，目前已在各主要封測廠進行測試，且研發技術仍不斷精進中，盼能早日量產，讓創新落地，讓臺灣持續保有半導體產業的優勢與製程領先地位。

高深寬比電鍍填孔SEM截面圖，孔口直徑10µm，孔深約120µm，表面銅層厚度3.5～5.3µm，AR比約12，超越業界水準。

文章轉載來源網址
工業技術研究院工業技術與資訊月刊

水平連接：重分佈層

AI的高效能運算需求增長，晶片間資料傳輸需求急遽上升，晶粒間水平訊號連接的重要性日益凸顯。先進封裝的關鍵結構為水平連接結構，通常由RDL扮演高密度訊號路徑與異質整合的核心角色。RDL主要由金屬導體、絕緣介電材料與保護性塗層等材料構成。其中，RDL結構的線路可佈線在不同基板上，形成RDL中介層(RDL Interposer)及矽中介層(Silicon Interposer)，兩者之比較如表一所示。

表一　RDL中介層及矽中介層的比較

1.RDL中介層

RDL中介層是一種以多層RDL疊層取代傳統矽基板的設計，不依靠矽，而是利用有機介電層支撐佈線結構。這種方式能實現接近矽中介層的高密度互連能力，支援多晶片整合，同時降低成本問題。在此結構中的介電層注重微影性與製程效率，選用光敏性聚醯亞胺(PSPI)有機介電材料，因其塗佈後可直接曝光顯影，免去額外光阻與蝕刻流程，不僅縮減製程步驟，也有助於提升線路精細度。

2. 矽中介層

矽中介層是由一片矽晶片( Silicon Wafer)，在其上加工出TSV與RDL，局部區域以矽中介層串連晶片對晶片的高速互連。矽中介層中的RDL與傳統有機RDL的介電材料不同，矽中介層採用無機介電材料，最常見的材料是二氧化矽(SiO2)，具有低漏電、高可靠度與良好的熱穩定性。

垂直連接

2. 矽穿孔

TSV出現的位置主要分成3D封裝中的TSV和2.5D中介層上的TSV，雖然都是矽穿孔技術，但在設計目的、尺寸、密度及應用場景上有明顯差異。3D TSV主要用於垂直堆疊多層晶片，例如記憶體堆疊或邏輯晶片與記憶體的直接疊合；這類TSV通常尺寸較小、密度高，需要承受多層晶片間的垂直訊號傳輸與電源供應，強調垂直短距離高速傳輸和低延遲。而用在矽中介層上的TSV將訊號從晶片垂直穿透到中介層內部後，RDL負責將這些訊號沿著中介層水平方向分布路徑，並連接到不同晶片或外部連接點；中介層TSV尺寸相對較大，密度較低，這種結構屬於2.5D封裝範疇。表二所示為TSV分別在2.5D及3D上的比較

表二 TSV在2.5D及3D上的比較

★本文節錄自《工業材料雜誌》466期，更多資料請見附檔。

以電壓需求區分寬能隙材料適用範圍

以矽基半導體做成的功率元件或模組在高功率需求上已呈現出力不從心的窘境，而寬能隙是化合物半導體的特性，因此科學家嘗試從化合物半導體找出適合應用範圍的材料與技術。目前採用氮化鎵電晶體(GaN Transistors)適合做為600 V以下相關應用的功率元件，600~1,200 V之間的應用開始出現由碳化矽元件(SiC Transistors)或模組來擔當，而此應用需求範圍也是當今GaN Transistors的市場。當GaN Transistors模組在電路設計上多花一點功夫也可以達到900 V的功效，因此，600~900 V的市場因為各家電路設計的功力較勁，產品在市場仍有機會共存；然而，接近1,200 V甚至1,700 V以上則是SiC Transistors的主力戰場。

GaN on SiC適用於高頻HEMT (High Electron Mobility Transistor)；SiC on SiC則用於SBD和FET等功率半導體。SiC on SiC顯示出高速增長，因為SBD和FET已開始應用於電源。2025年後如HEV市場全面採用，可以預期會有更高的成長。SiC應用在功率元件以600~900 V的市場為主流，在800 V電池汽車、太陽能光電系統及電動汽車快速充電器的推動下，1,200 V的SiC晶體有望快速成長。

以SiC為基板的功率元件主要為6吋晶圓，從2017年開始變成主流。與 SiC競爭的矽基功率元件包括：MOSFET和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，主要是使用8吋晶圓。SiC-SBD正在推動SiC功率元件市場的發展，應用以伺服器電源等通信設備、電動汽車充電站、車載充電器等汽車領域為中心，市場不斷擴大。

常出現在功率元件與模組構裝用材料

在半導體晶片封裝領域裡，封裝一顆晶片稱為元件，若封裝兩顆或兩顆以上的晶片並且含線路設計者稱為模組構裝。元件封裝通常晶片以固晶膠(Die AttachAdhesive)固定在導線架中央的基板處，傳輸的接點以金屬導線焊連(Wire Bonding)在導線架的接腳上(Pin)，最後再以模封材料(Molding Compound)固定並封住(如圖四(a))，由於線路簡單，所以對於散熱的處理僅利用導線架接腳即可達到散熱管理的效應。

圖四、(a)功率元件；(b)模組構裝結構

但是對於模組構裝的型式而言，尤其是功率越高的模組越需要處理散熱的問題，電源模組常見的故障是由熱引起的循環，因不匹配的CTE(熱膨脹係數)會使基板與銜接材料層彼此分離，一些凝膠填充物和模組內樹脂不能承受高溫因而導致模組失效。如圖四(b)所示，兩顆晶片間除了電路導通需要金屬線連結(Interconnect)外，還需以固晶膠固定在DBC (Direct Bonded Copper)載板上，而載板需要再用膠材固定在底盤(Baseplate)上，最後再以導熱矽脂(Thermal Grease)當作熱介面材料，黏貼到最外層的散熱鰭片(Heatsink)，成為一個具備散熱管理的構裝模組。

碳化矽(SiC)產業結構

SiC由於其材料具寬能隙、高功率密度和高擊穿電壓，以及良好的導熱係數等特性，是目前功率元件與高頻基板的首選。以碳化矽為主要單晶元件以及製成功率模組的產業結構如圖七所示。因為碳化矽一方面被用作於功率模組主晶片，另一方面也被用來當作高頻通訊用磊晶基板所使用，因此產業結構的表示必須區分為功率半導體與射頻(RF)用半導體兩支脈。

圖七、碳化矽晶圓全球產業結構圖

全球生產應用於高功率以及高頻的SiC晶圓以Cree、II-VI為具盛名，SiCrystal以高功率著稱，國內目前則有環球晶、穩晟、太極(盛新)、漢民。Cree(已更名為Wolfspeed)的晶圓銷售分外售和自用，就外售而言，Cree擁有市場份額約70%左右。ST-Micro有長期SiC晶圓供應計畫(2.2億美元)，並與ON Semiconductor和Infineon簽訂了8,500萬美元的6吋晶圓供應合約。

IEKView

化合物半導體的碳化矽(SiC)同時為高頻(5G/B5G/6G)與衛星通訊以及物聯網(智慧城市)、高功率‒電動車(EV/xEV)馬達綠色能源等新興產業用之關鍵材料，但是發展碳化矽仍有許多困難與障礙，其中挑戰包括下游的應用—以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。

★本文節錄自《工業材料雜誌》435期，更多資料請見附檔。

碳化矽(SiC)最廣為人知的應用是作為寬能隙(wide bandgap，WBG)材料，推動高效率功率電子元件，進一步推動全球綠能轉型。然而，它的潛力早已超越功率電子領域。隨著人工智慧(AI)運算與3D晶片架構帶來的熱管理需求急遽攀升，SiC憑藉其卓越的熱與機械特性，正為先進封裝開啟新一波創新契機。

為何選擇12吋SiC？

隨著AI加速器與2.5D/3D晶片堆疊密度不斷提升，散熱問題已成為系統效能提升的最大限制。全球領先的晶圓代工廠台積電(TSMC)正積極推動12吋單晶SiC基板的開發。此類基板的熱導率可達約500W·m-1·K-1，遠遠超越如氧化鋁(Al2O2)與藍寶石(Sapphire)等傳統陶瓷材料。

【免費領取電子書】全新車規級光隔離傳感技術

這項計畫由台積電與合作夥伴及設備供應商共同展開，旨在以SiC取代現有陶瓷基板，應用於多元領域——從擴增實境(AR)智慧鏡片到超大規模資料中心處理器皆然。例如在穿戴式AR鏡片中，高密度電子元件需在緊密封裝的微型空間內運作，熱量控制直接關係到使用者安全與裝置穩定性。

台積電選擇退出氮化鎵(GaN)市場，轉而專注SiC新應用的決策，不僅反映市場競爭壓力，更展現其材料策略的再平衡思維。憑藉SiC卓越的熱機特性，台積電正致力於打造一個具可擴展性的次世代封裝平台。

12吋SiC熱基板的缺陷密度挑戰

雖然12吋SiC基板用於熱管理時並不需達到功率元件(MOSFET、二極體等)要求的極低缺陷密度，但晶體完整性依然是品質關鍵。

微管(micropipes)、氣孔(voids)與位錯(dislocations)等結構缺陷，會破壞熱流路徑、削弱機械強度，並影響研磨與化學機械拋光(CMP)時的表面平整度。隨著晶圓直徑增加，晶圓翹曲與變形問題更加顯著，直接影響晶片貼合品質與先進封裝良率。

由於SiC中的熱傳導主要依賴量子化晶格振動，任何散射或阻礙聲子傳遞的晶體缺陷——例如微管、氣孔或位錯——都會降低熱導率並造成局部熱聚集。因此，開發重點從「消除電性活性缺陷」轉向「確保整體密度均勻、孔隙率極低與表面高度平整」——這些皆是SiC熱基板實現高產能與穩定量產的關鍵條件。

善用SiC的熱優勢

SiC兼具高熱導率、強機械結構、優異抗熱應力能力與化學穩定性，使其成為2.5D與3D晶片設計中因應高熱通量的理想材料。

在2.5D整合架構中，晶片並列安裝於矽或有機中介層(interposer)上，訊號連線距離短、速度快且能效高。而在3D整合中，晶片以垂直堆疊方式組合，透過矽穿孔(TSV)或混合鍵合(Hybrid Bonding)實現極高互連密度。

除了被動散熱，SiC亦能支援混合式冷卻方案，可結合傳統基板與高導熱材料，如鑽石或液態金屬，以大幅提升整體熱管理效率。

材料策略轉向：從GaN到SiC再聚焦

台積電計畫於2027年前全面退出GaN市場，並將資源重新聚焦於SiC技術發展。擴展至12吋晶圓量產可望帶來成本效益，並改善製程均勻性(每單位面積的製程誘發缺陷減少)。不過，晶體缺陷密度、切割(slicing)、平坦化(planarization)與晶圓平整度仍是SiC製造技術須突破的核心挑戰。

長期以來，SiC幾乎與功率元件畫上等號；如今，它正跨入以熱管理為關鍵瓶頸的新領域。台積電正積極評估：

．導電型N型SiC作為高導熱基板材料；

．半絕緣型SiC作為基於chiplet設計架構中潛在的中介層。

這些技術路線可能重塑AI加速器與資料中心晶片的熱設計架構，為未來運算平台奠定新基礎。

熱管理競爭力：以SiC突破散熱封裝極限

在先進半導體設計中，有效熱散已成為差異化的關鍵競爭力。高純度鑽石的熱導率約為1,000~2,200W·m1·K1，單層石墨烯甚至可達3,000~5,000W·m1·K1；但兩者成本高昂、製程複雜且難以規模化生產。

其他替代方案，如液態金屬、導電膠與微流體冷卻(microfluidic cooling)，雖具潛力，仍面臨成本、製造性與整合性間的權衡。

相形之下，SiC提供了一項務實且平衡的方案：具備優良熱性能、強韌機械結構，並可支援可擴展的大量製造，成為兼具性能與成本的理想材料選擇。

台積電的技術優勢與全球佈局

台積電擁有深厚的12吋晶圓製造經驗，其完善的生產基礎、嚴謹的製程控制與封裝技術，使其得以將SiC納入整體平台戰略，而非僅視為材料升級。這項策略讓台積電能在不重構製造體系的前提下，快速推進AI與高效能運算(HPC)晶片的商業部署，鞏固其在全球半導體供應鏈中的領先地位。

台積電的SiC技術藍圖與英特爾(Intel)在背面供電(Backside Power Delivery，BPD)，以及熱電協同設計(Thermal-Power Co-Design)等路線同步演進。這顯示產業正迎來一場轉變：熱管理已不再是輔助技術，而是半導體創新的核心。

台積電不僅致力於改善散熱效能，更在構築一個針對AI與高效能運算的差異化封裝平台，讓SiC成為未來晶片封裝生態系的關鍵基石。

參考原文：TSMC’s SiC Substrate Strategy: Scaling Thermal Performance for AI and 3D Packaging，by Filippo Di Giovanni，Susan Hong編譯)

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2025年11-12月號

公司名稱：柏騰 (3518)

主 旨：代子公司晶成材料股份有限公司進行廠務裝修工程。

發言人：劉明怡

說 明：

1.標的物之名稱及性質（如坐落台中市北區ＸＸ段ＸＸ小段土地）:

廠務工程及設備

2.事實發生日:113/12/26~113/12/26

3.交易單位數量（如ＸＸ平方公尺，折合ＸＸ坪）、每單位價格及交易總金額:

交易單位數量：新廠廠務工程及裝潢

交易總金額：預計新台幣44,452萬元以內

4.交易相對人及其與公司之關係（交易相對人如屬自然人，且非公司之關

係人者，得免揭露其姓名）:待確定後另行公告

5.交易相對人為關係人者，並應公告選定關係人為交易對象之原因及前次移轉之

所有人、前次移轉之所有人與公司及交易相對人間相互之關係、前次移轉日期

及移轉金額:

不適用

6.交易標的最近五年內所有權人曾為公司之關係人者，尚應公告關係

人之取得及處分日期、價格及交易當時與公司之關係:

不適用

7.預計處分利益（或損失）（取得資產者不適用）（遞延者應列表說明

認列情形）:

不適用

8.交付或付款條件（含付款期間及金額）、契約限制條款及其他重要約定

事項:

依合約條件付款

9.本次交易之決定方式（如招標、比價或議價）、價格決定之參考依據及

決策單位:

(1)決定方式：比議價

(2)價格決定之參考依據：依廠商估價單進行詢比議價

10.專業估價者事務所或公司名稱及其估價金額:

不適用

11.專業估價師姓名:

不適用

12.專業估價師開業證書字號:

不適用

13.估價報告是否為限定價格、特定價格或特殊價格:否或不適用

14.是否尚未取得估價報告:否或不適用

15.尚未取得估價報告之原因:

不適用

16.估價結果有重大差異時，其差異原因及會計師意見:

不適用

17.會計師事務所名稱:

不適用

18.會計師姓名:

不適用

19.會計師開業證書字號:

不適用

20.經紀人及經紀費用:

不適用

21.取得或處分之具體目的或用途:

供生產及營運用

22.本次交易表示異議之董事之意見:

無

23.本次交易為關係人交易:否

24.董事會通過日期:

民國113年12月26日

25.監察人承認或審計委員會同意日期:

民國113年12月26日

26.本次交易係向關係人取得不動產或其使用權資產:否

27.依「公開發行公司取得或處分資產處理準則」第十六條規定

評估之價格:不適用

28.依前項評估之價格較交易價格為低者，依同準則第十七條規

定評估之價格:不適用

29.其他敘明事項:

無

汽車電氣化是一個仍面臨許多技術挑戰的領域，汽車製造商正集中精力應對這些挑戰。為實現永續發展的未來，動力傳動系統和高壓技術系統的電子設計師和工程師對實現更大的電動車續航里程、降低設計複雜性和外部元件成本非常感興趣。透過降低複雜性和設計成本來最大限度地提高電動車的自主性是現代汽車願景的主要目標。電動車生態系統深受碳化矽(SiC)電力電子元件的影響，這使得系統能夠獲得多種性能優勢。

汽車產業正在經歷技術轉型階段。事實上，從內燃機(ICE)汽車到電動車的演變正在迅速蔓延。與此同時，半導體市場在牽引逆變器系統和電源轉換方面的創新也有助於克服關鍵障礙，使其得到更廣泛的使用。在全球減少二氧化碳排放法規的推動下，電動車將在2030年得到廣泛採用。因此，牽引逆變器等高壓應用的設計人員如今面臨著在狹小空間內最佳化系統效率和可靠性的各種挑戰。汽車研究透過利用SiC電動車牽引逆變器參考設計，進一步減少了元件，加快了高效系統的原型開發。

如今，汽車製造商可以製造可靠的基於SiC和IGBT的牽引逆變器，並具有先進的SiC監控、保護和診斷功能，以實現功能安全。最新一代、高度整合的SiC閘極驅動器可最大限度地提高電動車的自主性。要實現提高電動車自主性的目標，還必須設計出更高效的牽引逆變器。汽車工程師必須設計出更安全、更高效的牽引逆變器，使電動車的續航里程每年增加數千公里。SiC閘極驅動器的特性使設計人員能夠提高功率密度，降低系統設計複雜性和外部元件數量，降低成本，實現功能安全和整體性能方面的戰略目標，最大限度地提高自主性，並設計出越來越高效的牽引逆變器。

安全無憂更新數百萬設備

功率元件技術規格及參考市場

SiC閘極驅動器有助於在消耗更少電能的同時實現更多功能。這使得它們成為適用於多個市場的理想元件，尤其適用於當今汽車市場的需求，並在各種應用中都具有優勢。新型SiC閘極驅動器在提高功率密度、性能和安全性方面具有出色的特性。

高效的電源轉換取決於系統中使用的功率半導體元件。由於功率元件技術的改進，大功率應用的效率越來越高，體積越來越小。這些元件包括IGBT和SiC MOSFET，它們具有額定電壓高、額定電流大，以及傳導損耗和開關損耗低的特點，非常適合大功率應用。電壓高於400V的應用要求元件額定電壓高於650V，以便為安全運作留出足夠的裕量。工業馬達驅動器、電動車和混合動力車、牽引逆變器，以及再生能源太陽能逆變器等應用的功率水準從幾kW到MW甚至更高。

SiC MOSFET和IGBT應用的功率水準非常相似，但隨著頻率的增加而變化(圖1)。SiC MOSFET在功率因數校正電源、太陽能逆變器、電動車和混合動力車、牽引逆變器、馬達驅動器和鐵路中的應用越來越普遍。另一方面，IGBT在馬達驅動、不斷電供應系統、3kW以下的組串式和集中式太陽能逆變器，以及電動車/混合動力車牽引逆變器中更為常見。

圖1：根據功率水準和頻率劃分的功率半導體元件應用示意圖。
(來源：德州儀器)

與矽MOSFET和IGBT相比，SiC MOSFET還具有多項系統優勢。首先，矽MOSFET和IGBT已在電源轉換器中使用了很長時間。然而，SiC MOSFET已成為一種新技術，由於其既有的材料特性，顯示出超越其他元件的重要優勢。事實上，寬能隙(WBG)材料具有非常有趣的特性。與使用矽元件的系統相比，SiC的材料特性可直接轉化為系統級優勢(圖2)。主要優勢包括尺寸更小、成本更低和重量更輕。因此，SiC MOSFET正逐漸取代矽功率元件。

圖2：功率元件材料的技術特性。
(來源：德州儀器)

矽MOSFET、矽IGBT和SiC MOSFET都可用於電源應用，但在功率水準、驅動方法和工作模式上有所不同。功率IGBT和MOSFET在閘極採用電壓驅動，因為IGBT在內部是一個驅動雙極結型電晶體的MOSFET。由於IGBT具有雙極特性，因此它們能以較低的飽和電壓承載較大的電流，從而實現較低的傳導損耗。

MOSFET的傳導損耗也很低，但取決於元件的漏源導通電阻(RDS(on))。矽MOSFET承載的電流比IGBT小，因此IGBT用於大功率應用。MOSFET用於高頻應用，在這些應用中，高效率是最重要的。

SiC MOSFET在元件類型上與矽MOSFET相似。不過，SiC是一種WBG材料，其特性使這些元件能夠在與IGBT相同的大功率水準下工作，同時還能實現高頻率開關。這些特性轉化為重要的優勢，包括更高的功率密度、更高的效率和更低的散熱。隨著功率水準的增加，例如在驅動電動車馬達的牽引逆變器中，由於高極限工作溫度和容許結溫，IGBT等矽功率元件的散熱管理變得更加複雜。這就需要將冷卻元件整合到驅動系統中，尤其是在功率可能超過100kW的牽引逆變器中。然而，這些冷卻元件會增加車輛的尺寸、重量和成本。相比之下，SiC的容許結溫要高得多。此外，在給定電池容量的情況下，SiC斷路器在牽引逆變器系統中的效率比IGBT提高了10%。

SiC在車用電力電子系統中的重要性

SiC是WBG半導體，近年來已成為一項成功的技術，有可能對永續交通生態系統產生全球性影響。將SiC用於電源開關可提高電動車動力系統的功率密度和開關效率。採用SiC材料可帶來多種優勢，透過利用SiC材料高度差異化的特性，設計出更高效、強健和緊湊的推進系統。

因此，可以將基於SiC的電力電子技術的主要優勢總結如下：

．提高功率密度，改善電動車動力系統的性能

．能在比傳統矽基元件更高的溫度下工作

．更大的載流能力

．更高的開關頻率

．高耐壓

．導熱率比矽高2~3倍

．更長的行駛里程

．充電更快

．降低成本

SiC功率元件的電流密度比矽功率元件高出5倍。這使得每晶片功率密度更高，從而實現了更小的元件和更緊湊的封裝。在不斷透過增加電池容量(即能量密度)降低電池成本的同時，電動車動力系統也在利用縮減尺寸、重量和成本來提高功率密度(定義為能量效率與整體尺寸之比)。實現這一目標的方法是最大限度地使用SiC功率開關，特別是在推進系統中的車載充電器(OBC)和牽引逆變器中。

此外，基於SiC的功率元件還能將開關頻率提高10倍，在牽引逆變器中至少可達到20kHz，在OBC中可達數百kHz。在這些更高的頻率下，電容器和電感器等被動元件的尺寸可以大大縮小，從而實現更小的整體系統。SiC可實現更高的耐壓、功率和開關效率，從而簡化大功率牽引逆變器的設計，並顯著降低損耗。

電動車系統工程師面臨的挑戰是，如何透過涉及電源轉換和WBG半導體的創新，最大限度地發揮高壓技術的潛力。電動車對更高可靠性和更高功率性能的需求不斷成長，因為效率的提高直接影響到每次充電續航里程的增加。然而，考慮到大多數牽引逆變器的效率已達到90%或更高，電動車設計人員要想大幅提高效率仍然非常困難。在電動車動力系統中使用SiC功率開關可實現更高的功率密度和開關效率。

此外，基於SiC的電力電子元件還能使電動車實現更長的行駛里程、更快的充電速度和更低的擁有總成本。還可利用SiC元件低功率損耗降低電池成本和尺寸。此外，更高的電壓可減少馬達繞組中對大量銅的需求，從而實現更小的馬達設計。這些元件尺寸和重量的減少有助於降低電動車的成本，從而大大有利於電動車的成本趨於平價，甚至優於傳統的內燃機汽車。在給定功率水準和電池容量的情況下，SiC功率元件的尺寸可以更小，從而形成具有整合推進系統的電動車子系統集群。在設計層面，透過消除或減少用於冷卻的機械塊，以及被動元件和外殼的材料用量，可以最大限度地降低系統成本。

總體而言，SiC電力電子技術正在產生巨大的全球影響。未來幾年SiC最大的細分市場肯定是電動車，這說明SiC技術市場的成長速度將超過電動車市場。

(參考原文：Why SiC Is at the Heart of E-Mobility，by Giordana Francesca Brescia)

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2024年6月號

柏騰指出，晶成材料為專業碳化矽(SiC)技術、材料供應商，雖為新創公司，但團隊在化合物半導體產業耕耘多年，熟稔各式半導體及單晶晶體生長技術，具晶圓加工製程技術。

而碳化矽材料具高電壓和高頻特性，能在高溫環境下穩定運行，電能消耗更少、散熱特性佳，體積更小，介電係數、導熱率及最高工作溫度等關鍵參數具有優勢，適用製造電動車、5G通訊、太陽能等應用所需功率半導體元件，可因應這些產業的極端運作環境。

碳化矽產業的發展與國防、航太工業息息相關，技術長期被領先國政府管制輸出造成市場寡佔，相關技術難以取得，台灣雖為半導體大國，但在碳化矽晶體開發上仍停留在啟蒙階段；而全球碳化矽元件以每年60-70%的成長率增加，後勢看好，吸引柏騰佈局。

柏騰表示，藉由這次收購晶成股權，為未來多角化及轉型鋪路，並希望能提升台灣在寬能隙功率半導體領域的國際競爭力，在大國博弈格局中，成為關鍵材料的穩定供應來源。

另柏騰上季受到中國封控及筆電產業調整庫存影響轉盈為虧，上半年EPS收斂至0.01元。因應未來筆電市況的不確定，該公司將嚴控成本費用，日前已公告處分旗下浙江駿昇光電位於湖州市安吉縣遞鋪鎮陽光工業園區廠房，增加業外收益並助降低營運成本。

(3518)柏騰-公告本公司董事會通過核准子公司資本支出預算案

1.董事會或股東會決議日期:112/11/08
2.投資計畫內容:本公司董事會核准通過子公司晶成材料股份有限公司新增資本支出預算。
3.預計投資金額:14.63億
4.預計投資日期:NA
5.資金來源:自有資金或銀行融資或資本籌資方式支應。
6.具體目的:配合SIC產品產能建置需求。
7.其他應敘明事項:資本支出預算之執行，將依客戶需求、市場狀況彈性調整，實際支付金額依執行進度及付款條件決定之。

➤今年以來主動式台股ETF報酬亮眼，前六強突破40%