[導讀]在各式電子產品邁向低功耗及輕薄設計趨勢下，3D IC與28、20奈米等先進制程的發(fā)展無疑成為今年臺灣國際半導體展會上最受矚目的焦點，包括晶圓代工廠、封測業(yè)者與半導體設備商均已積極展開投入，期加快3D IC與先進制程
在各式電子產品邁向低功耗及輕薄設計趨勢下，3D IC與28、20奈米等先進制程的發(fā)展無疑成為今年臺灣國際半導體展會上最受矚目的焦點，包括晶圓代工廠、封測業(yè)者與半導體設備商均已積極展開投入，期加快3D IC與先進制程的量產腳步，從而延伸摩爾定律。
在蘋果(Apple)帶動智慧行動聯(lián)網裝置熱潮的沖擊下，更加確立電子產品對于“輕薄”、“低功耗”能力的迫切需求。也因此，對下一代晶片設計而言，為免因主打微型設計而無法兼顧效能的情況，透過矽穿孔(TSV)技術將晶片堆疊成立體形式的三維晶片(3D IC)，已成為既節(jié)省占位空間又能不犧牲效能的必經之路。
有鑒于此，2011年臺灣國際半導體展(SEMICON Taiwan)的核心議題即鎖定3D IC的進展，包括相關的邏輯與記憶體晶片接合標準，以及晶圓代工和封裝廠針對矽穿孔技術展開的布局等。除此之外，較特別之處尚有各領域的大型論壇，將發(fā)光二極體(LED)、微機電系統(tǒng)(MEMS)、綠色制程材料及設備等熱門議題一并納入展出范疇，吸睛程度更甚以往。
此外，由于臺積電、全球晶圓(GlobalFoundries)及三星(Samsung)在28奈米制程的角逐愈趨白熱化，明年將相繼啟動量產，也激勵半導體設備業(yè)者積極卡位28奈米制程設備商機，并藉SEMICON展出各種設備，亦成為會中一大亮點。
來自設備、材料、晶圓制造、封裝測試與整合元件制造等領域的重量級業(yè)者齊聚一堂，分別針對產業(yè)趨勢發(fā)表看法。
刺激半導體景氣SEMICON聚焦四大亮點
SEMICON Taiwan 2011于9月7日開展，透過聚焦3D IC、MEMS、LED與綠色制程等四大熱門議題，期為臺灣半導體產業(yè)勾勒未來發(fā)展藍圖并注入新的成長動能。
圖1 SEMI臺灣暨東南亞區(qū)總裁曹世綸表示，今年SEMICON Taiwan展覽攤位已增加至一千兩百個，報名參展人數(shù)達兩萬三千人更較去年大幅提升34%。
國際半導體設備材料產業(yè)協(xié)會(SEMI)臺灣暨東南亞區(qū)總裁曹世綸(圖1)鑒于3D IC、MEMS、LED及綠色制程的議題熱燒，SEMICON Taiwan 2011特別針對此四大技術開辟專屬論壇，并邀來代表性大廠出任講師。包括主講3D IC技術、封裝與測試的臺積電、日月光和京元電子，以及專攻MEMS的意法半導體(ST)；另外，晶元光電、友達等廠商則分別針對LED及綠色制程發(fā)展趨勢進行演講，為期三天的展覽共計會有三十二場免費技術論壇帶來絕佳觀點。
曹世綸強調，縱使今年下半年全球半導體產業(yè)因去化庫存，致使整體買氣低迷，但明年即可望恢復正常的供需狀態(tài)；加上3D IC如火如荼的進展，MEMS從工業(yè)、汽車、醫(yī)療蔓延到消費型電子領域，以及LED加速取代傳統(tǒng)照明等諸多商機正醞釀成形，勢將為臺灣半導體產業(yè)挹注更多營收。
意法半導體臺灣分公司總經理暨大中華與南亞區(qū)工業(yè)產品事業(yè)部副總裁Giuseppe Izzo補充說明，受到蘋果iPad與Android平板電腦的需求加持，MEMS元件今年在消費性電子應用市場規(guī)?？赏砷L37%，創(chuàng)下新高。加上車用、醫(yī)療及工業(yè)市場對MEMS元件的需求也持續(xù)攀升，未來MEMS市場的發(fā)展仍備受期待。
此外，隨著全球具領導地位的半導體、面板和LED大廠皆不約而同傾向在制造源頭即導入綠色設計概念(Design for Green Manufacturing)。因此，全球化學材料供應商先進科材(ATMI)亦關注到此一需求而首度參展，揭露該公司在綠色材料上的解決方案，協(xié)助業(yè)界掌握綠色制程后續(xù)推動的關鍵。
ATMI執(zhí)行副總裁暨全球微電子事業(yè)部總經理Tod Higinbotham認為，客戶與產業(yè)鏈協(xié)同合作，開誠布公的分享資訊并訂出明確的節(jié)能目標，才是發(fā)展半導體綠色永續(xù)解決方案的關鍵所在。為此，ATMI將綠色化學十二準則及綠色工程十二準則納入研發(fā)過程，將為客戶開發(fā)新世代綠色制程帶來全面性的助益。
行動裝置熱潮來襲半導體設備/材料需求勁揚
盡管受到歐債、美元貶值與日本311強震的影響，讓今年全球半導體產業(yè)景氣能見度雖撲朔迷離，但在設備及材料方面仍有不錯的成長表現(xiàn)。SEMI產業(yè)研究資深經理曾瑞榆指出，全球半導體設備市場今年仍將有12%的成長，規(guī)模并可沖到443億美元的史上高點，而2012年仍可維持在430～440億美元之間，市場熱度不減。此外，半導體材料方面，今明兩年也將分別達到460億及476億美元，可見在行動聯(lián)網裝置掀起一波熱潮之下，材料需求力道依然強勁。
曾瑞榆進一步分析，今年上半年全球半導體設備出貨金額達240億美元，臺灣所占比重高達24%；而目前來看，2011與2012年全球設備及材料市場前景明朗，臺灣在今明兩年的半導體材料支出均將超過100億美元，明年更可望一舉超越日本，成為全球最大的材料消費市場。因此，盡早展開3D IC、MEMS、LED及綠色制程的技術布局，將是推升往后臺灣半導體發(fā)展的重要一步。
加速量產3D IC接合標準年底通關
半導體業(yè)者嗅到3D IC導入行動裝置的商機，紛紛投入技術研發(fā)；然而，要加速量產時程，制定邏輯與記憶體IC接合標準已成首要關鍵。因此，全球十八家晶片商正透過聯(lián)合電子裝置工程協(xié)會(JEDEC)組織委員會研擬標準，其中，日月光也投身該組織卡位3D IC封裝商機，在眾家大廠戮力推動下，該標準預計于年底定案，將協(xié)助3D IC邁開量產腳步。
圖2 日月光集團總經理暨研發(fā)長唐和明指出，3D IC猶如晶片大樓，如何在既有地基向上搭建與接合仍具挑戰(zhàn)，故供應鏈須通力合作，才能確保各個生產環(huán)節(jié)順遂無誤。
日月光集團總經理暨研發(fā)長唐和明(圖2)表示，將處理器、邏輯與記憶體等異質晶片以立體堆疊形式做結合的3D IC，具有整合度高的優(yōu)勢，可大幅推升運算效能，并降低耗電量及印刷電路板(PCB)占位空間，因而成為產業(yè)競相布局的新市場。然而，其設計復雜度卻遠高于傳統(tǒng)晶片，無論是技術及成本的挑戰(zhàn)皆多如繁星；其中，最大的問題在于如何接合不同類型的晶片，以及晶圓磨薄后如何精確穿孔和對位，方能打造出有效運作的立體堆疊晶片。
著眼于異質晶片接合標準對推動3D IC的重要性，唐和明透露，目前包括英特爾(Intel)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、三星及爾必達(Elpida)等全球十八家晶片大廠，以及掌握晶片最后一道封裝關卡的日月光已組成JEDEC JC 11.2標準委員會，快馬加鞭的推動邏輯與記憶體晶片接合的介面標準--Wide I/O Memory Bus，并可望于年底塵埃落定。如此一來，除能透過標準的依循與協(xié)助，加快廠商開發(fā)時程，促使3D IC盡早展開量產之外，并可進一步以量制價，一并解決目前3D IC生產成本居高不下的問題。[!--empirenews.page--]
另一方面，近期半導體供應鏈加碼投資3D IC開發(fā)的現(xiàn)象日益顯著，包括臺積電、京元電子等晶圓及封測廠均加入競逐行列，且研發(fā)費用較2010年明顯增加，對催生3D IC產品亦有推波助瀾之效。唐和明指出，樂觀來看，3D IC可望于2013年開始大量生產，應可視為3D IC的量產元年；不僅如此，若Wide I/O Memory Bus標準在年底順利過關，量產時間更可望提早至2012年底。屆時，可預見行動裝置將掀起一波兼顧高效能與超輕薄外型的產品革命。
雖然3D IC現(xiàn)仍處于試產階段，且并未導入實體產品設計，不過，其以矽穿孔技術將各種晶片疊合在一起，達成高效能而低耗電的整體表現(xiàn)，已讓新一代的行動裝置紛紛聚焦此種晶片做為設計腹案。唐和明分析，“輕薄短小”已成行動裝置的設計圭臬，讓工程師對晶片占位空間與低功耗要求錙銖必較，促使以立體堆疊形式的3D IC漸成未來晶片主流。特別是今年各大市場研究機構頻頻上修平板電腦及智慧型手機的預估出貨量，在此一市場需求推助下，產品設計將持續(xù)朝向輕薄化邁進，而要達到此一要求，3D IC將是不可或缺的要素。
除可滿足行動裝置的設計需求外，高效能、低耗電，占位空間更小的3D IC亦可加速更新穎、劃時代的電子產品問世。唐和明強調，未來5～10年，云端運算及物聯(lián)網(IoT)的時代將全面來臨，屆時，隨時、隨地，甚至隨“物”均須具備聯(lián)網能力。如此一來，無論是車用、醫(yī)療與生活電子皆須是聯(lián)網、輕便可攜且長時間待機等三種特性兼具的產品，若采用傳統(tǒng)形式的晶片勢難達成此一目標，也因此，3D IC將是引領電子產品邁向未來的關鍵。
先進制程慢熱臺積電轉攻3D IC
20和14奈米先進制程的極紫外光微影(EUV)制程與多重電子束(MEB)無光罩微影技術尚未完備，且生產成本仍大幅超出市場預期，量產時程延緩將在所難免。因此，在先進制程技術面臨關卡之際，臺積電積極鎖定3D IC商機，并展開關鍵的矽穿孔技術布局，以進一步擴大晶圓代工范疇與獲利來源。
臺積電研發(fā)副總經理林本堅表示，臺積電一直戮力推升制程技術來維持摩爾定律的步調，目前28奈米采用的光微影制程已可在每個關鍵層上進行多重曝光(Multiple Patterning)，進而降低成本及提高設計彈性。然而，就臺積電原先規(guī)畫每2年即走入下一代制程的腳步而言，28奈米要在2011年邁開量產步伐已有所延宕。主因在于全球半導體產業(yè)在下半年陷入一團景氣迷霧，廠商投片意愿趨向保守，故預計28奈米在今年第四季僅可小幅試產，待明年初高通、Altera、賽靈思(Xilinx)及NVIDIA訂單陸續(xù)到位后才能進入量產。
林本堅也透露，針對20和14奈米先進制程應用的EUV及MEB工具估計在2012～2013年方能完備，目前20奈米晶圓試產仍須透過多重曝光技術，致使成本加劇且效率減半，在2013年步入量產的進度明顯落后。再加上14奈米晶圓將以EUV或MEB技術產出仍未做出最終決定，而試產結果每小時曝光量更低于一百片的期望值約十分之一，成本遠高于市場可接受度，故原訂于2015年啟動量產的計劃亦難以達成。
在先進制程導入速度不如預期之下，臺積電已瞄準3D IC蓄勢待發(fā)的商機積極搶攻，期藉晶圓廠的整合能力將觸角伸及封裝領域，并在先進制程尚未到位之際，利用3D立體堆疊設計來延續(xù)摩爾定律。
圖3 臺積電先進模組技術發(fā)展資深處長余振華談及，未來3D IC的設計挑戰(zhàn)包括矽穿孔制程、薄晶圓處理與提升已知良裸晶的比率，要進入量產仍有一段長遠的路要走。
臺積電先進模組技術發(fā)展資深處長余振華(圖3)指出，行動裝置輕薄短小的設計風潮，已帶動晶片架構的典范轉移，逐步朝System Scaling的立體堆疊形式發(fā)展，以提高效能并縮減占位空間；而臺積電正積極發(fā)展3D IC架構的關鍵技術--矽穿孔(TSV)，并結合現(xiàn)有的晶圓級封裝(WLP)與堆疊式封裝(PoP)打造完整的3D IC流程解決方案，進一步瞄準未來行動裝置及云端設備對3D IC的殷切需求，搶先卡位市場商機。
值得一提的是，關于3D IC的生產流程須在前端晶圓代工制程進行穿孔，亦或在后端封裝廠才執(zhí)行，仍處在激烈的唇槍舌戰(zhàn)中。
余振華認為，在晶圓代工階段即導入矽穿孔制程，對晶片業(yè)者來說較具競爭力，因為晶圓廠對整個晶片設計的掌握度較佳且新投入設備成本較少，能快速完成IC與銅線的立體疊合，藉以滿足客戶控管生產成本及加快產品上市時程的考量。此外，晶片走入更先進制程后，更薄、更小的體積也將拉高矽穿孔的技術門檻，屆時，封裝廠勢必要投入更多設備，加諸大量成本于產出流程中，將與客戶的成本考量背道而馳。
囿于臺積電積極拓展業(yè)務范疇，亦已引起封裝廠對其踩進地盤的疑慮，一場3D IC的競賽醞釀開打。唐和明也強調，3D IC雖被視為未來晶片發(fā)展趨勢，但目前整個供應鏈尚未明朗，預期要到2013年才望導入量產，因此現(xiàn)在討論封裝形式言猶過早。況且3D IC的全新架構帶來極大改變，并非僅著眼于前端或后端制程執(zhí)行矽穿孔，關鍵在于晶圓代工廠、整合元件制造商(IDM)及封裝廠如何創(chuàng)造新的垂直合作關系，簡而言之，人人皆可望分一杯羹。
插旗28奈米版圖高效率晶圓封裝機臺搶市
另值得注意的是，隨著臺積電28奈米訂單明年將陸續(xù)到位，且全球晶圓及三星也決定針對28奈米高介電金屬閘極(HKMG)制程進行合作，并瞄準此一市場需求攜手大擴產能。有鑒于此，晶圓封裝設備商正緊鑼密鼓的部署兼顧更低制造成本、更快生產速度及更高產能的高生產效率機臺，以卡位28奈米制程設備商機。
圖4 歐瑞康執(zhí)行長Andreas R. Dill強調，太陽能與LED后勢看俏，將為激勵半導體產業(yè)持續(xù)成長的主要動能，歐瑞康相關的解決方案已然到位。
歐瑞康(Oerlikon)執(zhí)行長Andreas R. Dill(圖4)表示，智慧型手機、平板裝置等終端產品價格直直落，將加速晶圓代工廠與封裝廠導入28奈米制程，以符合消費性電子、個人電腦(PC)等終端裝置對于低成本的關鍵半導體元件要求。
歐瑞康副總裁Albert Koller指出，半導體制程邁入28奈米之后，除將導致污染，以及制程中產生的化學分子落在晶圓的弊病更難消弭之外，客戶更在乎的是晶圓封裝機臺的生產效率，以達成降低生產成本、加快生產速度與提高產能目標。為爭取28奈米晶圓封裝廠的青睞，繼CLUSTERLINE機臺之后，歐瑞康將于10月于臺灣引進全球首臺標榜較前一代CLUSTERLINE機臺更低生產成本，且生產速度和產能高兩倍的新機種Hexagon，主要供應給國內晶圓封裝廠日月光。[!--empirenews.page--]
Hexagon主要系全新的轉盤式平臺設計，一次可同時進行多片晶圓鍍膜的作業(yè)，且轉盤式的設計降低晶圓在過程中拿取及放置可能造成的破片率。傳送晶圓的時間也較原先縮短約三分之二，同時抽氣效率提升之下，依照鍍膜不同的需求，每小時可處理的晶圓數(shù)量倍增。
Koller強調，Hexagon將制程反應室(Process Chamber)改為內嵌式，面積僅有240公分×360公分，總體積比CLUSTERLINE減少50%，由于無塵室空間成本高昂，對于晶圓封裝廠而言，可在有限的空間內進行更有彈性的運用，且亦可藉此降低生產成本。此外，針對制程反應室開啟模式，歐瑞康亦其由手動改為電動式，減少維修時所耗費的人力，相對提高安全性。
隨著日月光、矽品、艾克爾(Amkor)及新科金朋(STATS-ChipPAC)等封裝大廠競相導入28奈米制程，勢必墊高進入門檻，已難有新進者進駐市場，Dill認為，觀察到28奈米技術挑戰(zhàn)加劇，市場不會再有后進者加入，預期在微處理器之后，更多消費性電子產品的關鍵半導體元件亦將逐漸導入28奈米制程。有鑒于此，2012年28奈米的市場滲透率將會顯著攀升，而歐瑞康將持續(xù)提供更符合客戶需求的機臺，以掌握既有的主要客戶群。
盡管現(xiàn)階段半導體產業(yè)景氣低迷，不過，Dill表示，長遠觀之，晶圓封裝市場產值的衰退幅度較小，尤其在邁入28奈米制程后，過去傳統(tǒng)打線的制程將逐漸由晶圓級封裝取代，將促使晶圓級封裝需求上揚，為歐瑞康有利的市場機會點。
在蘋果(Apple)帶動智慧行動聯(lián)網裝置熱潮的沖擊下，更加確立電子產品對于“輕薄”、“低功耗”能力的迫切需求。也因此，對下一代晶片設計而言，為免因主打微型設計而無法兼顧效能的情況，透過矽穿孔(TSV)技術將晶片堆疊成立體形式的三維晶片(3D IC)，已成為既節(jié)省占位空間又能不犧牲效能的必經之路。
有鑒于此，2011年臺灣國際半導體展(SEMICON Taiwan)的核心議題即鎖定3D IC的進展，包括相關的邏輯與記憶體晶片接合標準，以及晶圓代工和封裝廠針對矽穿孔技術展開的布局等。除此之外，較特別之處尚有各領域的大型論壇，將發(fā)光二極體(LED)、微機電系統(tǒng)(MEMS)、綠色制程材料及設備等熱門議題一并納入展出范疇，吸睛程度更甚以往。
此外，由于臺積電、全球晶圓(GlobalFoundries)及三星(Samsung)在28奈米制程的角逐愈趨白熱化，明年將相繼啟動量產，也激勵半導體設備業(yè)者積極卡位28奈米制程設備商機，并藉SEMICON展出各種設備，亦成為會中一大亮點。
來自設備、材料、晶圓制造、封裝測試與整合元件制造等領域的重量級業(yè)者齊聚一堂，分別針對產業(yè)趨勢發(fā)表看法。
刺激半導體景氣SEMICON聚焦四大亮點
SEMICON Taiwan 2011于9月7日開展，透過聚焦3D IC、MEMS、LED與綠色制程等四大熱門議題，期為臺灣半導體產業(yè)勾勒未來發(fā)展藍圖并注入新的成長動能。
圖1 SEMI臺灣暨東南亞區(qū)總裁曹世綸表示，今年SEMICON Taiwan展覽攤位已增加至一千兩百個，報名參展人數(shù)達兩萬三千人更較去年大幅提升34%。
國際半導體設備材料產業(yè)協(xié)會(SEMI)臺灣暨東南亞區(qū)總裁曹世綸(圖1)鑒于3D IC、MEMS、LED及綠色制程的議題熱燒，SEMICON Taiwan 2011特別針對此四大技術開辟專屬論壇，并邀來代表性大廠出任講師。包括主講3D IC技術、封裝與測試的臺積電、日月光和京元電子，以及專攻MEMS的意法半導體(ST)；另外，晶元光電、友達等廠商則分別針對LED及綠色制程發(fā)展趨勢進行演講，為期三天的展覽共計會有三十二場免費技術論壇帶來絕佳觀點。
曹世綸強調，縱使今年下半年全球半導體產業(yè)因去化庫存，致使整體買氣低迷，但明年即可望恢復正常的供需狀態(tài)；加上3D IC如火如荼的進展，MEMS從工業(yè)、汽車、醫(yī)療蔓延到消費型電子領域，以及LED加速取代傳統(tǒng)照明等諸多商機正醞釀成形，勢將為臺灣半導體產業(yè)挹注更多營收。
意法半導體臺灣分公司總經理暨大中華與南亞區(qū)工業(yè)產品事業(yè)部副總裁Giuseppe Izzo補充說明，受到蘋果iPad與Android平板電腦的需求加持，MEMS元件今年在消費性電子應用市場規(guī)?？赏砷L37%，創(chuàng)下新高。加上車用、醫(yī)療及工業(yè)市場對MEMS元件的需求也持續(xù)攀升，未來MEMS市場的發(fā)展仍備受期待。
此外，隨著全球具領導地位的半導體、面板和LED大廠皆不約而同傾向在制造源頭即導入綠色設計概念(Design for Green Manufacturing)。因此，全球化學材料供應商先進科材(ATMI)亦關注到此一需求而首度參展，揭露該公司在綠色材料上的解決方案，協(xié)助業(yè)界掌握綠色制程后續(xù)推動的關鍵。
ATMI執(zhí)行副總裁暨全球微電子事業(yè)部總經理Tod Higinbotham認為，客戶與產業(yè)鏈協(xié)同合作，開誠布公的分享資訊并訂出明確的節(jié)能目標，才是發(fā)展半導體綠色永續(xù)解決方案的關鍵所在。為此，ATMI將綠色化學十二準則及綠色工程十二準則納入研發(fā)過程，將為客戶開發(fā)新世代綠色制程帶來全面性的助益。
行動裝置熱潮來襲半導體設備/材料需求勁揚
盡管受到歐債、美元貶值與日本311強震的影響，讓今年全球半導體產業(yè)景氣能見度雖撲朔迷離，但在設備及材料方面仍有不錯的成長表現(xiàn)。SEMI產業(yè)研究資深經理曾瑞榆指出，全球半導體設備市場今年仍將有12%的成長，規(guī)模并可沖到443億美元的史上高點，而2012年仍可維持在430～440億美元之間，市場熱度不減。此外，半導體材料方面，今明兩年也將分別達到460億及476億美元，可見在行動聯(lián)網裝置掀起一波熱潮之下，材料需求力道依然強勁。
曾瑞榆進一步分析，今年上半年全球半導體設備出貨金額達240億美元，臺灣所占比重高達24%；而目前來看，2011與2012年全球設備及材料市場前景明朗，臺灣在今明兩年的半導體材料支出均將超過100億美元，明年更可望一舉超越日本，成為全球最大的材料消費市場。因此，盡早展開3D IC、MEMS、LED及綠色制程的技術布局，將是推升往后臺灣半導體發(fā)展的重要一步。
加速量產3D IC接合標準年底通關
半導體業(yè)者嗅到3D IC導入行動裝置的商機，紛紛投入技術研發(fā)；然而，要加速量產時程，制定邏輯與記憶體IC接合標準已成首要關鍵。因此，全球十八家晶片商正透過聯(lián)合電子裝置工程協(xié)會(JEDEC)組織委員會研擬標準，其中，日月光也投身該組織卡位3D IC封裝商機，在眾家大廠戮力推動下，該標準預計于年底定案，將協(xié)助3D IC邁開量產腳步。
圖2 日月光集團總經理暨研發(fā)長唐和明指出，3D IC猶如晶片大樓，如何在既有地基向上搭建與接合仍具挑戰(zhàn)，故供應鏈須通力合作，才能確保各個生產環(huán)節(jié)順遂無誤。
日月光集團總經理暨研發(fā)長唐和明(圖2)表示，將處理器、邏輯與記憶體等異質晶片以立體堆疊形式做結合的3D IC，具有整合度高的優(yōu)勢，可大幅推升運算效能，并降低耗電量及印刷電路板(PCB)占位空間，因而成為產業(yè)競相布局的新市場。然而，其設計復雜度卻遠高于傳統(tǒng)晶片，無論是技術及成本的挑戰(zhàn)皆多如繁星；其中，最大的問題在于如何接合不同類型的晶片，以及晶圓磨薄后如何精確穿孔和對位，方能打造出有效運作的立體堆疊晶片。
著眼于異質晶片接合標準對推動3D IC的重要性，唐和明透露，目前包括英特爾(Intel)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、三星及爾必達(Elpida)等全球十八家晶片大廠，以及掌握晶片最后一道封裝關卡的日月光已組成JEDEC JC 11.2標準委員會，快馬加鞭的推動邏輯與記憶體晶片接合的介面標準--Wide I/O Memory Bus，并可望于年底塵埃落定。如此一來，除能透過標準的依循與協(xié)助，加快廠商開發(fā)時程，促使3D IC盡早展開量產之外，并可進一步以量制價，一并解決目前3D IC生產成本居高不下的問題。[!--empirenews.page--]
另一方面，近期半導體供應鏈加碼投資3D IC開發(fā)的現(xiàn)象日益顯著，包括臺積電、京元電子等晶圓及封測廠均加入競逐行列，且研發(fā)費用較2010年明顯增加，對催生3D IC產品亦有推波助瀾之效。唐和明指出，樂觀來看，3D IC可望于2013年開始大量生產，應可視為3D IC的量產元年；不僅如此，若Wide I/O Memory Bus標準在年底順利過關，量產時間更可望提早至2012年底。屆時，可預見行動裝置將掀起一波兼顧高效能與超輕薄外型的產品革命。
雖然3D IC現(xiàn)仍處于試產階段，且并未導入實體產品設計，不過，其以矽穿孔技術將各種晶片疊合在一起，達成高效能而低耗電的整體表現(xiàn)，已讓新一代的行動裝置紛紛聚焦此種晶片做為設計腹案。唐和明分析，“輕薄短小”已成行動裝置的設計圭臬，讓工程師對晶片占位空間與低功耗要求錙銖必較，促使以立體堆疊形式的3D IC漸成未來晶片主流。特別是今年各大市場研究機構頻頻上修平板電腦及智慧型手機的預估出貨量，在此一市場需求推助下，產品設計將持續(xù)朝向輕薄化邁進，而要達到此一要求，3D IC將是不可或缺的要素。
除可滿足行動裝置的設計需求外，高效能、低耗電，占位空間更小的3D IC亦可加速更新穎、劃時代的電子產品問世。唐和明強調，未來5～10年，云端運算及物聯(lián)網(IoT)的時代將全面來臨，屆時，隨時、隨地，甚至隨“物”均須具備聯(lián)網能力。如此一來，無論是車用、醫(yī)療與生活電子皆須是聯(lián)網、輕便可攜且長時間待機等三種特性兼具的產品，若采用傳統(tǒng)形式的晶片勢難達成此一目標，也因此，3D IC將是引領電子產品邁向未來的關鍵。
先進制程慢熱臺積電轉攻3D IC
20和14奈米先進制程的極紫外光微影(EUV)制程與多重電子束(MEB)無光罩微影技術尚未完備，且生產成本仍大幅超出市場預期，量產時程延緩將在所難免。因此，在先進制程技術面臨關卡之際，臺積電積極鎖定3D IC商機，并展開關鍵的矽穿孔技術布局，以進一步擴大晶圓代工范疇與獲利來源。
臺積電研發(fā)副總經理林本堅表示，臺積電一直戮力推升制程技術來維持摩爾定律的步調，目前28奈米采用的光微影制程已可在每個關鍵層上進行多重曝光(Multiple Patterning)，進而降低成本及提高設計彈性。然而，就臺積電原先規(guī)畫每2年即走入下一代制程的腳步而言，28奈米要在2011年邁開量產步伐已有所延宕。主因在于全球半導體產業(yè)在下半年陷入一團景氣迷霧，廠商投片意愿趨向保守，故預計28奈米在今年第四季僅可小幅試產，待明年初高通、Altera、賽靈思(Xilinx)及NVIDIA訂單陸續(xù)到位后才能進入量產。
林本堅也透露，針對20和14奈米先進制程應用的EUV及MEB工具估計在2012～2013年方能完備，目前20奈米晶圓試產仍須透過多重曝光技術，致使成本加劇且效率減半，在2013年步入量產的進度明顯落后。再加上14奈米晶圓將以EUV或MEB技術產出仍未做出最終決定，而試產結果每小時曝光量更低于一百片的期望值約十分之一，成本遠高于市場可接受度，故原訂于2015年啟動量產的計劃亦難以達成。
在先進制程導入速度不如預期之下，臺積電已瞄準3D IC蓄勢待發(fā)的商機積極搶攻，期藉晶圓廠的整合能力將觸角伸及封裝領域，并在先進制程尚未到位之際，利用3D立體堆疊設計來延續(xù)摩爾定律。
圖3 臺積電先進模組技術發(fā)展資深處長余振華談及，未來3D IC的設計挑戰(zhàn)包括矽穿孔制程、薄晶圓處理與提升已知良裸晶的比率，要進入量產仍有一段長遠的路要走。
臺積電先進模組技術發(fā)展資深處長余振華(圖3)指出，行動裝置輕薄短小的設計風潮，已帶動晶片架構的典范轉移，逐步朝System Scaling的立體堆疊形式發(fā)展，以提高效能并縮減占位空間；而臺積電正積極發(fā)展3D IC架構的關鍵技術--矽穿孔(TSV)，并結合現(xiàn)有的晶圓級封裝(WLP)與堆疊式封裝(PoP)打造完整的3D IC流程解決方案，進一步瞄準未來行動裝置及云端設備對3D IC的殷切需求，搶先卡位市場商機。
值得一提的是，關于3D IC的生產流程須在前端晶圓代工制程進行穿孔，亦或在后端封裝廠才執(zhí)行，仍處在激烈的唇槍舌戰(zhàn)中。
余振華認為，在晶圓代工階段即導入矽穿孔制程，對晶片業(yè)者來說較具競爭力，因為晶圓廠對整個晶片設計的掌握度較佳且新投入設備成本較少，能快速完成IC與銅線的立體疊合，藉以滿足客戶控管生產成本及加快產品上市時程的考量。此外，晶片走入更先進制程后，更薄、更小的體積也將拉高矽穿孔的技術門檻，屆時，封裝廠勢必要投入更多設備，加諸大量成本于產出流程中，將與客戶的成本考量背道而馳。
囿于臺積電積極拓展業(yè)務范疇，亦已引起封裝廠對其踩進地盤的疑慮，一場3D IC的競賽醞釀開打。唐和明也強調，3D IC雖被視為未來晶片發(fā)展趨勢，但目前整個供應鏈尚未明朗，預期要到2013年才望導入量產，因此現(xiàn)在討論封裝形式言猶過早。況且3D IC的全新架構帶來極大改變，并非僅著眼于前端或后端制程執(zhí)行矽穿孔，關鍵在于晶圓代工廠、整合元件制造商(IDM)及封裝廠如何創(chuàng)造新的垂直合作關系，簡而言之，人人皆可望分一杯羹。
插旗28奈米版圖高效率晶圓封裝機臺搶市
另值得注意的是，隨著臺積電28奈米訂單明年將陸續(xù)到位，且全球晶圓及三星也決定針對28奈米高介電金屬閘極(HKMG)制程進行合作，并瞄準此一市場需求攜手大擴產能。有鑒于此，晶圓封裝設備商正緊鑼密鼓的部署兼顧更低制造成本、更快生產速度及更高產能的高生產效率機臺，以卡位28奈米制程設備商機。
圖4 歐瑞康執(zhí)行長Andreas R. Dill強調，太陽能與LED后勢看俏，將為激勵半導體產業(yè)持續(xù)成長的主要動能，歐瑞康相關的解決方案已然到位。
歐瑞康(Oerlikon)執(zhí)行長Andreas R. Dill(圖4)表示，智慧型手機、平板裝置等終端產品價格直直落，將加速晶圓代工廠與封裝廠導入28奈米制程，以符合消費性電子、個人電腦(PC)等終端裝置對于低成本的關鍵半導體元件要求。
歐瑞康副總裁Albert Koller指出，半導體制程邁入28奈米之后，除將導致污染，以及制程中產生的化學分子落在晶圓的弊病更難消弭之外，客戶更在乎的是晶圓封裝機臺的生產效率，以達成降低生產成本、加快生產速度與提高產能目標。為爭取28奈米晶圓封裝廠的青睞，繼CLUSTERLINE機臺之后，歐瑞康將于10月于臺灣引進全球首臺標榜較前一代CLUSTERLINE機臺更低生產成本，且生產速度和產能高兩倍的新機種Hexagon，主要供應給國內晶圓封裝廠日月光。[!--empirenews.page--]
Hexagon主要系全新的轉盤式平臺設計，一次可同時進行多片晶圓鍍膜的作業(yè)，且轉盤式的設計降低晶圓在過程中拿取及放置可能造成的破片率。傳送晶圓的時間也較原先縮短約三分之二，同時抽氣效率提升之下，依照鍍膜不同的需求，每小時可處理的晶圓數(shù)量倍增。
Koller強調，Hexagon將制程反應室(Process Chamber)改為內嵌式，面積僅有240公分×360公分，總體積比CLUSTERLINE減少50%，由于無塵室空間成本高昂，對于晶圓封裝廠而言，可在有限的空間內進行更有彈性的運用，且亦可藉此降低生產成本。此外，針對制程反應室開啟模式，歐瑞康亦其由手動改為電動式，減少維修時所耗費的人力，相對提高安全性。
隨著日月光、矽品、艾克爾(Amkor)及新科金朋(STATS-ChipPAC)等封裝大廠競相導入28奈米制程，勢必墊高進入門檻，已難有新進者進駐市場，Dill認為，觀察到28奈米技術挑戰(zhàn)加劇，市場不會再有后進者加入，預期在微處理器之后，更多消費性電子產品的關鍵半導體元件亦將逐漸導入28奈米制程。有鑒于此，2012年28奈米的市場滲透率將會顯著攀升，而歐瑞康將持續(xù)提供更符合客戶需求的機臺，以掌握既有的主要客戶群。
盡管現(xiàn)階段半導體產業(yè)景氣低迷，不過，Dill表示，長遠觀之，晶圓封裝市場產值的衰退幅度較小，尤其在邁入28奈米制程后，過去傳統(tǒng)打線的制程將逐漸由晶圓級封裝取代，將促使晶圓級封裝需求上揚，為歐瑞康有利的市場機會點。
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