鎵鍺
」
半導體新戰場1／打破地緣政治僵局 60家台日化合物半導體廠10月大陣仗合體找解方
美中爭霸從貿易戰打到科技戰，美國去年9月禁止高階晶片出口中國，日本今年5月跟進，公布半導體設備出口限制，使得中國8月出手反制，限制鎵、鍺出口，一舉將戰線從技術設備人才，拉到「化合物半導體」，同時加速台日半導體產業抱團。CTWANT記者調查，10月26日登場的台北國際光電週，以化合物半導體為重頭戲，參展規模150家創新高、6個國家地區，光是台日兩國就有超過70家科技廠大陣仗參與。在半導體產業發展初期，日本一度超越美國，使得美國1986年祭出「美日半導體協議」，加上台灣及南韓半導體產業崛起後，使得日廠全球市佔率節節敗退，近年疫情引爆晶片荒及美中科技爭霸，全球供應鏈在地緣政治危機下重組，給了日本趁勢重返半導體大國的機會，不但去年8月由八家大廠組建國家晶片隊「Rapidus」，今年6月也重修「晶片戰略」，訂下2030年產值達3.3兆元的目標。日本的半導體產業以設備及關鍵原料為主，掌握半導體產業鏈中的最上游，握有全球半導體關鍵生產原料主導權，而這次日本加入美國陣營，禁止半導體設備出口中國，反遭中國限制鎵鍺出口，這對日本「化合物半導體」影響，引來業內高度關注。工研院產業科技國際策略發展所研究總監楊瑞臨指出，「現在用於電腦、手機運算的是矽半導體、屬於第一類半導體；化合物半導體是第二、三類半導體，用於加速傳導，應用有所差異」。化合物半導體中的砷化鎵（GaAS）為第二類，用於手機、基地台功率放大器，碳化矽（ SiC）、氮化鎵（GaN）等為第三類，碳化矽多用在電動車、工控的動力系統，氮化鎵則用在功率大、電壓高的潔淨能源電源供應器。台北國際光電週展覽繞著化合物半導體製程而設「化合物半導體」專區，日商Disco將演示以雷射切割晶圓技術。（圖／翻攝Disco官網）日本第一大碳化矽（SiC）功率半導體製造商三菱電機，日前宣布加大兩座SiC晶圓廠投資，其位於熊本縣合志市的工廠有6吋晶圓產能，正在擴張中，這座晶圓廠距離台積電約10分鐘車程。去年市場盛傳，台積電在第三類半導體領域鴨子划水，對此台積電董事長劉德音曾回應，「第三類半導體產值偏小，無法與矽基（SILICON BASE）半導體相比。」三菱電機總工程師多留谷政良，在8月23日台北自動化展中接受本刊訪問時表示，「儘管矽、碳化矽半導體在製程與應用上有所差異，但基本道理相似，因此人才是同一批」，台積電迅速發展後對半導體人才需求更緊迫，帶動當地大學院校積極培育半導體工程師，多留谷政良評估，「這部分人力缺口要能補上，至少要5年時間」，此期間台日半導體人才勢必緊密交流。事實上，今年7月間，三三會組成北海道經貿參訪團赴日，與日方討論最為熱烈就是半導體產業議題。三三會理事長林伯豐表示，「日本曾經是半導體製造的強國」，1986年日本生產的半導體產品全球市佔率曾高達45％，上個月的日本行，特別提出應在晶圓材料、廠務設備、人才，以及共同研發電動車、物聯網、人工智慧、元宇宙應用，尋求新南向市場的合作。此外，工研院與日本德山、國內筑波科技共同合作的化合物半導體實驗室也在8月初正式成立，號召化合物半導體自主材料生產技術平台，從事粉體製程及晶體驗證，從原料、磊晶到封裝測試。今年7月間，三三會組成北海道經貿參訪團赴日，與日方討論最為熱烈就是半導體產業議題。圖為參訪三菱電機6吋碳化系晶圓廠。（圖／三三會提供）而10月26日登場的台北國際光電週，將以「次世代化合物半導體國際研討會」及「化合物半導體產業領袖高峰會」為主角，台日廠首度在化合物半導體領域大規模參與。主辦單位台灣光電科技工業協進會（PIDA）執行長羅懷家指出，台灣、日本在化合物半導體領域的合作將加深、加速。台北國際光電週展覽繞著化合物半導體製程而設「化合物半導體」、「精密光學」、「光電檢測」、及「矽光子與雷射」4大主題。羅懷家指出，化合物半導體製程的材料、壓力、溫度要求與矽不同，並預告可能發表國際大廠競逐的8吋碳化矽（SiC）標準，應用在高頻高速的電動車、高鐵動力系統。同時日商Disco將演示以雷射切割晶圓技術、有別於以往用鑽石線切割，京瓷（Kyocera）展出化合物半導體封裝，日本NTT先進科技公司展出化合物半導體設備商。化合物半導體展區國內參展廠商包括環球晶（6488）、穩懋（3105）、中鋼碳素（1723）、光電檢測閎康（3587），光學佳凌（4976）、明基BenQ等；台灣超微高學的AI光學設備能把晶圓放大數百萬倍檢測表面裂痕，甚至可以做到「透視」內部瑕疵，「原理跟哈利波特『隱形斗篷』一樣，是利用折射」。一位科技業內人士觀察，日本對此番化合物半導體發展相當積極，因當局亟欲振興國內經濟，希望能夠抓住電動車動力系統、智慧製造、AI應用商機；在1980日本半導體黃金年代的從業人士們面臨退休，在鼓勵終生工作的氛圍下，有餘裕與眼界再投入產業以及促進台日雙方合作。
中國限鎵鍺1／中國8月限出口「一石三鳥之計」 爭取談判籌碼次次都見效
美中爭霸戰場來到半導體關鍵材料，中國限制鎵、鍺出口政策在8月1日正式生效，儘管中國對這兩個元素掌握度8成以上，專家與業者一致認為這招短期有效、長期影響有限，「中國意在爭取對手不要再次進逼、爭取談判籌碼」，至於美中科技戰火何時止息？「要等明年美國大選後才會明朗。」中國藉稀有元素或稀土爭取國際經貿情勢轉圜的作法，有前例可循，且國際次次都買單。中國對微量金屬及稀土的市占率有5成以上，中國「北方稀土」網站首頁跳出「中東石油，中國稀土」大字，足見大陸對手握關鍵材料籌碼的自信。2010年中日爆發釣魚台主權爭議，2017年起的美中貿易戰，中國祭出稀土配額限制或提高出口關稅，導致稀土價格震盪，令國際態度軟化。這次美中半導體大戰中，由於中國須自荷蘭、日本進口半導體先進製程所需設備，美國遂攜手荷、日共同圍堵中國矽晶圓發展、今年1月達成半導體設備出口管制協議，如今中國也開始反制，其商務部、海關總署8月1日起正式對鎵、鍺相關物項實施出口管制。鎵、鍺在元素週期表是三五族「非鐵金屬」，是稀有金屬元素、還稱不上稀土，但引發國際聯想中國會把禁令延伸到稀土。（圖／翻攝北方稀土公司官網、東方IC）前聯電先進技術開發處長、現為科技業顧問周孝邦表示，這次限制的鎵、鍺在元素週期表是三五族「非鐵金屬」，是稀有金屬元素、還稱不上稀土，不過「原物料對半導體製程非常重要，出這招甚至比限機台更兇悍，所以中國選擇用這個來卡脖子」。 「會挑選鎵、鍺，中國經過一定思考」，工研院產業科技國際策略發展所總監楊瑞臨介紹，矽、鍺是第一類半導體所用的材料，鎵則是第二、三、四類「化合物半導體」材料；「第一類半導體主要用於運算，製造邏輯晶片用於電腦手機、HPC甚至AI，就像人的大腦；二、三、四類半導體則用於加速傳導，如人的感官，應用在手機與電信基地台、雷達、衛星等協助功率放大，以及幫助提升能源轉換效率的電力控制系統」。中國對鎵、鍺兩個元素掌握度8成以上，也因化合物半導體製程與供應鏈相較矽晶圓簡單、向歐洲技轉不少技術，中國二、三類化合物半導體發展腳步在世界前段。周孝邦指出，除了稀土與微量金屬原料被中國把持，還有光阻、光阻清洗劑等世界只有日、德、美少數百年大型企業掌握，台灣也有這種技術，但因規模經濟不足，自製不具效益。工研院產業科技國際策略發展所總監楊瑞臨認為，中國這次對鎵、鍺限制，希望在化合物半導體發展保持領先，以及對美方陣營的進逼表態。（圖／取自工研院官網、包頭鋼鐵網站）「中國禁鎵鍺，有『一石三鳥』之效，首先確保在現今產業高速成長階段足以自用，二在反制要對手不要更過分，三是進一步爭取與美國談判。」楊瑞臨分析。楊瑞臨表示，稀土礦源分散、開採過程造成環境負擔，鎵、鍺則是鋅、鋁冶煉過程的副產品，對環境造成嚴重汙染，各國因此十多年前停止生產、令中國獨大，但中國斷貨潛在疑慮出現後，美國、日本、歐盟都建立安全儲量意識，也蓄勢重啟稀土及微量元素生產，不過是用「新科技環保製造、同時發展回收技術」，歐盟更重新准許境內開發、美國川普當政時甚至正面鼓勵，他評估發展新稀土供應鏈約需要兩年，這時間足以讓美國與中國開啟協商。儘管8月1日起中國鎵、鍺出口採逐單審批非全面禁運，業內人士解讀這是「仍對好朋友放行。」此外，美國開始派重量級官員國務卿布林肯、財政部長葉倫相繼赴中拜訪，ASML先進DUV被禁、但已出貨的DUV零件及設備維修仍可以賣中國，「美中雙方關係已見和緩」，楊瑞臨觀察；至於科技戰火何時止息，必須等到明年美國總統大選後才明朗。
中國限鎵鍺2／台廠高階產品轉嫁成本免擔心 兩大霸權較勁明年美總統選後才明朗
中國8月1日起正式對鎵、鍺相關物項實施管制，被視為逼拜登政府坐上談判桌，科技戰可望稍歇，不過鎵、鍺國際報價自中國7月宣布限制以來上漲6％、15％，由於鍺幫助強化矽晶圓特性、鎵是化合物半導體所需關鍵材料，對台灣科技產業是否有影響？對此經濟部長王美花及業者認為，「短期對科技業影響不大」。工研院產業科技國際策略發展所總監楊瑞臨進一步分析，鎵目前應用為砷化鎵功率放大器，在整個電子產品BOM表（零件及組件的材料清單）占比微量，就算漲到2、3倍，不至於因此造成手機等終端產品價格大幅波動。而烏俄戰爭爆發時，晶圓微影製程所需的氖氣價格上漲數十倍。半導體檢測大廠閎康（3587）董事長謝詠芬表示，中國這招「掌風至、拳未到位」，目前半導體還在庫存去化階段，庫存用完時才知道誰被限制到。鎵、鍺是金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）過程的重要材料，「中國不賣，還能向日、德商拿，上有政策下有對策，供應鏈自有彈性。」美國開始派重量級官員國務卿布林肯赴中拜訪，「美中雙方關係已見和緩」。圖為2023年6月19日 中國國家主席習近平在北京，會見美國國務卿布林肯。（圖／新華社）台新投顧副總黃文清表示，中國世界鎵、鍺市佔率分別為83％、68％，但鎵、鍺過去沒有嚴重缺貨，甚至鎵曾因為供過於求價格暴跌。中國加大管制力度讓鎵、鍺相關產品供應受限，已受中國廠商競爭之產品可能因為中國內外材料價差受影響，但對技術門檻較高產品，例如穩懋的5G功率放大器，應有機會充分轉嫁成本予客戶，反而有利獲利表現。以稀土來說，對每個製程的成本佔比都不同，概括來說「越先進製程，材料成本佔比越低」。「這招殺不死人，但顯示『材料』問題獲正視」，前聯電先進技術開發處長、現為科技業顧問周孝邦並觀察到6月29日到7月1日舉辦的Semicon China中國國際半導體展，能發現中國開始對材料奮起直追。中國限鎵鍺政策雖對台廠打擊不大，但更凸顯對稀金及特殊材料對半導體製程的重要性與珍貴，各廠積極研發再利用或減少用量。封測大廠日月光（2371）高雄廠日前環境技術研究成果發表會主軸之一，即為探討及盤查包含鎳、銅、金等金屬廢液低碳回收方案，建構回用於產業供應鏈，進一步導入半導體、印刷電路板等相關產業。同步評估鎳回收副產品轉製電池材料的可行性，目標實現關鍵金屬材料的循環再生。台積電（2330）先進製程機台供應商美商應用材料7月推出Vistara™晶圓製造平台，將在2030 年之前將同等能源減少50％、無塵室佔地面積減少30％，在良率優化情況下，能夠減少化學品用量。中國限鎵鍺政策雖對台廠打擊不大，但更凸顯半導體製程對稀金及特殊材料的需要。（圖／ASML）