穩懋半導體:砷化鎵晶圓產量世界第一

2020-08-25

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說起半導體晶片,多數人的第一聯想就是矽晶圓,而全球最大的矽晶圓代工廠就是台積電。但很多人不知道,其實半導體還有非常多類型,其中砷化鎵(GaAs),因為是製造高功率 IC (integrated circuit,縮寫作 IC,即為積體電路)的原料,而成為近年來當紅的化合物半導體,無論是人臉辨識、無人車、5G 基地台等技術都需要它,可說是下個世代智慧科技最關鍵的半導體晶圓!

            

更重要的是,目前全球砷化鎵晶圓產能最高的公司不在他處,而是落腳於桃園龜山的穩懋半導體,年產量高達 40 億顆,全球市占率高達 71%,可見穩懋龍頭地位之穩固。

   

從電子學的術語來說,砷化鎵屬於三五族,而在俗稱「三五族半導體」中,砷化鎵的發展最為成熟,傳送速率是矽晶圓的五至六倍,在無線通訊及光纖通訊上都有出色的表現。

    

我們現在之所以能夠透過 wi-fi 或行動資料網路無線上網,就是因為手機上的無線通訊模組,而其中關鍵元件,則是以砷化鎵材料所製作的功率放大器(PA),甚至連發射到太空中的人造衛星上,也都裝配著穩懋半導體生產的砷化鎵晶片。

    

砷化鎵的應用領域不只在通訊上。因為砷化鎵具有可發光、可吸收光的物理特性,是「面射型雷射(VCSEL)」的主要原料,目前包括 iPhone 的人臉辨識系統,或是未來 AR/VR 以及自駕車,都是砷化鎵的未來舞臺。

    

事實上,想做砷化鎵晶圓並不容易,穩懋副董事長王郁琦分享:砷化鎵技術早年只掌握在軍方手上,到了 20 世紀末,仍僅有少數大廠有能力生產。

   

同時,砷化鎵的制程特性與控制流程較為特殊,若與矽晶圓相比,矽晶圓八吋廠的技術進程,約等於砷化鎵的四吋廠;而砷化鎵的六吋廠,就等於矽晶圓的十二吋廠的先進制程技術程度。

而穩懋半導體一創業,就決定跳過當時較多人做的四吋砷化鎵晶圓,直接主攻六吋廠,他們認為,首先四吋晶圓已經有許多競爭者,後進者未必具有優勢;再來,六吋廠將是未來趨勢,沒必要先投入四吋廠、未來要改成六吋廠還得從頭開始。

   

不過,王鬱琦回憶,這個決定在當時相當大膽,因為幾乎沒有公司擁有量產六吋晶圓的技術:「砷化鎵晶圓在生產過程中非常容易破碎,更何況是做到六吋的尺寸,愈大就愈容易碎。通常每 100 片就會有 10 到 20 片在過程中就已經破損,破片率非常高。」

   

但穩懋抱持著「十年磨一劍」的心態咬牙苦撐,在包括副董事長王郁琦在內的研究團隊多年研發下,終於陸續突破 pHEMT (應變式高電子遷移率電晶體)及 HBT (異質介面雙極電晶體)技術,並自行研發出特殊研磨技術。甚至與上銀合作研發半導體晶圓浸泡吹幹自動化機器人,並在制程中加裝柔軟的防碰撞設計,不僅大幅提升效率,更讓破片率從過去的 20% 降至 0.5% 以下,良率高居世界第一,突破了過去業界認為六吋晶圓太薄容易碎裂的問題。

   

同時,穩懋也不拘泥于生產單一砷化鎵晶圓,而是提供多樣化的制程技術,凡是三五族化合物的技術,穩懋可以說已擁有了 99%,是全世界技術最完整的業者。包括目前最受矚目的氮化鎵(GaN)技術,在未來 5G 通訊的應用中有相當重要的角色,無論是無人車、基地台、雷達和航太用途,都需要更新一代的化合物晶片輔助。

   

這些高端技術與高品質產品,讓穩懋半導體在 2006 年順利拿下全球頂尖半導體公司安華高科技公司(Avago Technologies Ltd.)的代工訂單,從 2007 年開始轉虧為盈,之後,在 2011 年開始替 iPhone 4S 生產晶圓,不僅在金融海嘯襲擊下逆勢成長,更在 2012 年突破百億營業額,2018 年更是來到 172 億的高點。

   

說起來,穩懋半導體的創業初期稱不上順遂,經歷了 2000 年代初期的網路泡沫化、SARS 等重大經濟衰退期,更受到同樣生產砷化鎵的博達科技掏空案影響,讓砷化鎵產業一度不被市場信任。

  

種種大環境的考驗下,雖然穩懋持續投入技術研發,但卻因為沒有相應的訂單,到了 2003 年時,穩懋已經燒掉近 30 億資金,當時的董事長謝式川因此積憂成疾,身為他的好友,陳進財決心代為接下董事長一職,並開始為穩懋尋找資金。

   

陳進財第一個找上的,是英業達創辦人葉國一,「我告訴他,今天你救的不只是一間公司,而是未來臺灣在全球通訊產業中扮演的角色,」陳進財回憶起往事仍歷歷在目,「我抱著一疊慘不忍睹的財報要給他看,沒想到他看也不看,直接問我需要多少錢。」

    

當時陳進財誠實表示,大概需要 100 億資金,而且至少 5 年以上才能回本,沒想到葉國一二話不說,當月就將 10 億現金匯入穩懋半導體的戶頭,挽救了當時正面臨倒閉危機的公司。

而有了資金的挹注,陳進財也開始著手進行公司體質改善,包括增加測試服務擴大收益、投資制程技術、管控成本、申請經濟部計畫補助、獲得委員提供諮詢默默累積能量等待起飛時機。果然,2006 年後 3G 市場興起,終於在四年後帶領穩懋半導體轉虧為盈。

  

從一個 3 年燒光 30 億資金、瀕臨倒閉的公司,搖身一變,成為全球最大的砷化鎵晶圓代工廠,穩懋半導體的成長快得驚人。2018 年時,穩懋半導體的砷化鎵晶圓代工市場,全球市占率達 70%以上,一年可生產的晶片高達 40 億顆,若將這些晶片全部堆疊起來,高度可達 800 座臺北 101 那麼高!

   

而這一切的轉機,董事長陳進財的加入可說是扮演了重要角色。他不僅帶領公司加強技術研發,每年投入研發的費用高達公司營業費用七成以上,更專注於代工廠的產能擴充,甚至,即使在金融風暴期間,公司研發也從未停止,讓公司得以持續累積能量,在競爭者低潮時一躍而起。

    

同時,穩懋半導體在客戶經營方面下了許多心力,幾乎全球所有無線通訊元件大廠都是他們的客戶,近年來更與蘋果供應大廠 Lumentum 合作,生產 iPhone X 人臉辨識的關鍵元件。

這種種努力,讓穩懋持續朝著「化合物半導體技術解決方案的提供者」的目標前進,從設計支援、瞐圓代工、測試到高頻封測服務,多元化的發展方向,使其在未來智慧科技持續發展下,交出一張張出色的成績單。