資策會 MIC 資深分析師 周明德
近年在淨零碳排政策推動下，汽車加速邁向電氣化與電子化，核心逐漸從傳統機械轉向電機與電控系統，包括動力系統、充電設施、智慧駕駛與智慧座艙等。第三類半導體材料如碳化矽（SiC）與氮化鎵（GaN），具備高耐壓、低損耗、高速切換與高熱導性等優勢，成為車用電子的關鍵材料。
其中SiC因其優異的材料特性，可承受電動馬達的高壓運作並提供穩定的能效，顯著提升電池續航里程；且SiC擁有出色的散熱性能，可減少對冷卻系統的依賴，延長了功率模組的壽命，同時減輕車身重量，因此被廣泛應用於汽車的電機驅動逆變器（Inverter）與車載電源等高壓電力轉換系統中。
此外，車用800V高壓系統因電壓較高，有較高的充電能量，可以顯著提升充電效率並縮短充電時間，減少能源損耗。此外800V系統較400V系統電流減半，可進一步縮減車內電纜尺寸，進而製造出重量更輕的電動車。因此SiC MOSFET已逐漸成為車用動力系統主要元件。
此外，SiC蕭特基二極體（SBD）和矽基絕緣閘雙極電晶體（IGBT）進行整合，相關產品也開始普及應用於PHEV等混合動力車型，而隨著車輛市場對於效能需求持續提升下，SiC元件車用動力系統的應用也不斷擴展。
而隨著電動車市場持續成長，各國對於車用充電裝置布建也快速成長。而為了縮短用戶等待充電時間，全球車用充電裝置正朝著高功率、快速充電及高電壓技術發展，將從目前的350kW往500kW、800V架構方向推進，讓充電速度在10至20分鐘內完成80%的充電，以降低用戶對於充電時間過久所產生的里程焦慮。
而SiC元件可應用於超過800V的高壓架構和大電流傳輸等需求，因此目前如台達電子與Tesla等車用充電裝置製造商已廣泛將SiC元件應用於車用充電裝置中，以提升車用充電裝置的充電效率。
因此隨著車用動力與車用充電裝置朝著高功率及高電壓架構方向發展，SiC將逐漸主導車用動力及快速充電裝置市場。根據富士Chimera總研報告預估，2030年SiC SBD與SiC MOSFET市場將可達到270億日圓及9,866億日圓，年平均成長率為9.8%及33.5%。
車用電氣化帶動SiC元件市場快速成長
隨著汽車智慧化與娛樂化需求持續增長，ADAS和智慧座艙等智慧車電技術逐漸成為主要汽車廠商的核心發展領域。GaN憑藉高頻運作、高功率密度和小型化等特性，不僅有助於提升智慧駕駛的安全性，還能優化車內多媒體體驗，滿足未來智慧汽車的多元需求。
在ADAS應用中，GaN的高頻特性讓光學雷達（LiDAR）中可以更快的切換速度、更短的脈衝時間和更高的距離分辨率，進一步提升LiDAR的感測精度，對周圍環境可以更精準判斷，為智慧駕駛系統提供了更可靠的數據支持，進一步提升智慧駕駛的安全性。
此外，GaN元件憑藉其小型化與高信賴性等特性，可提供車用智慧座艙所需的高效穩定電力供應，降低系統故障風險，充分滿足車用智慧座艙對於效能與穩定性的嚴苛要求。並且GaN亦可應用於車用D類音頻放大器，其高頻運作與低開關損耗可降低音頻失真，為車內音響系統提供高品質的聲音輸出體驗。
GaN推動汽車智慧化與娛樂化發展
展望未來，SiC和GaN等第三類半導體材料之優良特性，在車用領域已有逐步取代傳統矽基元件，成為車用電子功率管理技術核心，加速汽車產業進行電氣化與智慧化轉型。
全文出處：資策會產業情報研究所 (MIC)
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