TSMC投入LED生產對台灣產業衝擊分析
2008年4月台積電透過旗下創投VTAF公司投資美國LED大廠BridgeLux，並取得一席董事，此為台積電進入LED產業開端。 2010年3月25日台積電於新竹科學園區舉行LED照明技術研發中心暨量產廠房動土典禮，為跨入綠色能源新事業寫下重要里程碑。
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此LED廠第一期廠房設施及生產設備的投資額為新台幣55億元，初期放置至少十台MOCVD機台，預計2010年第四季完工裝機，並於2011年第一季開始量產；至於第二期工程，則將依據未來的發展需求擇期進行。未來台積電將由Epi/Chip至封裝一貫生產，並將光、電、熱處理整合於矽基板上，以光引擎模組方式出貨，提供照明產品所需元件，開闢B2B的企業客戶應用市場。
台積電於竹科建LED廠正式宣示跨入LED生產，勢必對於台灣LED產業投下不少變數，本文將針對TSMC投入LED產業後可能造成的影響以及未來台灣LED產業可能的變化進行分析。
影響分析
(一) 垂直整合 提高產業資金及市場進入障礙
台灣LED產業發展至今已有30年歷史，過去產業一直以專業分工為主，晶電、璨圓、泰谷、廣鎵等專注於磊晶及晶粒製造，億光、光寶、東貝等廠商專注於LED封裝製造，直到近2~3年奇力、隆達以及台積電相繼投入之後才逐漸打破專業分工的產業結構，更在台積電投入之後開始規劃生產製造LED模組，將電、光、熱同時解決，以利於下游廠商應用。在奇力、隆達以及台積電投入之後，台灣LED產業開始走向垂直整合，若垂直整合經營模式可以成功，未來將會使得LED產業進入門檻提高，其中包括資金及市場。資金方面，由於垂直分工使得廠商若選擇進入其中一端，所需資金相對於垂直整合少，因此未來新進入者在資金門檻上將大幅提高，也將使得台灣LED產業持續邁向大者恆大的局面。
市場部分，垂直整合後將會使得過去僅作磊晶/晶粒或封裝廠商無法進入供應體系，舉例而言，過去上游廠商僅提供晶粒因此主要客戶都是下游封裝廠，但若台積電自行垂直整合，勢必不會在跟上游磊晶/晶粒廠購買Chip，因此大幅提高市場進入障礙。
此外，透過垂直整合可以使責任釐清更加明確及有助於技術提昇。垂直整合後將可以解決過去因專業分工所造成的問題，專業分工時，若LED出現問題則較無法釐清責任歸屬，垂直整合後，由於皆屬廠商內部製造，由上游磊晶、晶粒及封裝都屬該家公司負責生產，使得產品品質控制及責任歸屬上將更加明確。另外垂直整合後對於技術提昇上也將有相當大的助益，舉例而言，若某種螢光粉需要搭配特殊規格的藍光晶片，才能達到最好的發光效率，但礙於過去專業分工，將使得磊晶廠未必願意製造特殊規格藍光晶片，但垂直整合後，因磊晶、晶粒及封裝都一貫生產，內部勢必可以支援特殊規格產品，以追求更好的發光效率。
圖一 LED產業鏈變化(資料來源：工研院IEK 2010/03)
(二) 改變技術特性 由工藝型轉為標準化製程(技術導向轉管理導向)
LED產業在過去一直被定位為工藝型產業，需藉由工程師設備經驗，將機台調整至最佳狀態，但由於每位工程師經驗不同，使得LED製造過程中一直無法大幅提高規格良率。此外，台灣LED產業多屬中小企業，因此設備投資上無法像大型公司有足夠資金支援，因此在自動化生產設備投資會受限於資金不足，無法快速導入標準化/自動化生產。且過去台灣LED產業面臨與半導體、TFT產業競爭人才，多數優秀人才選擇前景看好之半導體廠及TFT廠，使得LED產業在製程管理上不若半導體產業好。
在台積電投入LED產業後，勢必會將台積電在半導體有效率的管理製程導入LED產業中，並將製程朝向標準化及自動化生產，降低人為因素的干擾；以台積電目前規模，資金實力雄厚，若此舉可以成功的話，將會使得台灣LED產業由過去工藝型產業，朝向標準化/自動化生產，一舉解決LED規格良率問題，將有機會使LED規格良率大幅提昇。
若LED規格良率真可以大幅提高，有效產能將會大幅提高，將使得LED價格得以持續下滑，對於應用市場推廣將有相當大幫助。若台積電真能大幅提高有效產能，既有廠商競爭力將也可能轉變，若既有廠商無法跟著提高有效產能，將使得競爭力下滑；且由於目前規格品良率不高，使得廠商只能藉由擴充廠能來生產所需產品，因此若規格品良率真能大幅提高，是否意謂著以目前產能狀況可能足以供給市場需求，未來是否還需要持續擴廠，值得大家注意。
(三) 發展矽封裝基板
台積電在未蓋廠之前已有轉投資采鈺科技從事LED矽基板封裝技術的開發，日前采鈺科技發表8吋晶圓級LED矽基封裝技術，被業界視為高功率LED封裝的新突破；采鈺的8吋晶圓級LED矽基封裝技術，是運用專利的微型化半導體微機電製程，透過矽晶穿孔、鑄模透鏡以及均勻螢光材料塗佈等獨家技術，整片封裝再進行切割，可大量生產並降低成本；在單晶LED封裝產品熱阻可望降至2℃/W，並大幅降低介面溫度(junction temperature < 50℃ at Ta=25℃)。
圖二 Si散熱能力評估(資料來源：采鈺科技)
(四) LED光引擎(Light Engine)發展，降低元件至系統端的溝通成本，加速LED照明發展
台積電欲發展的矽基板除熱傳導係數佳，熱傳導係數可達80∼150W／mK之外，也可以將電路也整合進去，形成LED光引擎模組，使得下游應用廠商在使用上將更加便利統，對於未來下游LED照明應用擴展有相當大幫助，有機會加速LED照明應用發展。IEK觀點
台積電以半導體製造大廠跨足LED製造，期望憑藉在半導體製程管理及技術優勢導入LED製造，提升LED製程良率，並且打破台灣長久以來專業分工形式，由磊晶/晶粒至封裝製造，甚至跨足LED模組(LED光引擎)製造，不過未來此模式是否能一舉成功以及台積電未來經營模式是否產生變化仍有待觀察。(一) 技術革新理想是否能實現
台積電希望藉由半導體對於矽的瞭解，進而開發LED矽封裝基板，並且透過矽基板將LED電光熱一起整合，以光引擎方式出貨。矽雖然導熱性佳，但矽絕緣性較差，對於抗突波效果差，必須加上絕緣體，但當絕緣體越厚價格就越高，因此在LED價格不斷下滑，絕緣體使用上是一大考量。且矽基板易脆，使得LED將不耐摔/不耐震，將可能影響LED可靠度問題，此為矽封裝必須考量的因素。此外，台積電欲以LED光引擎模組方式出貨，此為台灣LED產業中首見，對於未來下游應用客戶接受度為何，以及產品設計是否能符合客戶需求，將會是台積電一大考驗。
(二) 是否將會進一步整合
LED元件價格持續下滑似乎是產業不變的現象，因此台積電目前以LED光引擎模組為未來公司出貨目標，藉此希望能提高產品附加價值。不過，LED整組燈具除光源部分之外，還包括光學設計(Optic)、散熱(Thermal and Metal Bending)、電源(Power Supply)、零組件(Assembly)，在LED元件價格不斷下滑之後，台積電是否會持續整合到其他部分，以提高產品附加價值，將是未來值得觀察之方向。(三) 毛利降低的產業宿命是其威脅
台積電在半導體產業製造可以說獨步全球，穩居全球第一的角色，主要是因為IC產業技術不斷進步，2006年最先進之製程為150~130nm，2007年度最先進之製程為90nm、2008年為65nm、2009年則進步到45nm，由於技術不斷進步使得台積電得以以優越製造技術領先全球。此外，製程愈先進，每一晶片之生產成本便會依循摩爾定律(Moore’s Law)而下降，使得下游電子系統產品性能價格比上升，而能吸引更多消費者使用，根據IEK統計，2009年全球專業晶圓代工市場製程分佈，90nm/65nm(含)以下佔整體比重高達45%，可以發現在技術不斷進步及價格下滑帶動下，舊有規格產品也逐步被淘汰，使得毛利得以維持一定水準。然而在LED產業中可以發現，雖然LED技術不斷進步，但由於LED應用廣泛，因此就算有100 lm/W產品商品化，但過去亮度不高的產品仍有其他應用市場，如玩具、聖誕燈串等市場仍可以銷售，以致於新產品不斷被開發出來，但舊有產品也不容易被淘汰，價格僅有持續下跌的空間，毛利難以維持。
此外，根據美國DOE在2009年4月與6月分別召開的兩次工作會議中指出，針對LED燈具成本此一項關鍵議題，從圖三中LED燈具成本發展藍圖可以得知，DOE預期在2015年的LED燈具整體成本僅為現在的1/4左右，其中以LED元件下降幅度最大，可見於未來LED價格持續下滑是必然的趨勢。因此未來台積電以全球第一大半導體製造廠商跨足LED製造，是否能利用半導體製造相關經驗，大幅提昇LED製程良率，藉此提高LED毛利，將是值得觀察的重點。
圖三 LED燈具成本發展藍圖(資料來源：DOE 2009)
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