台湾半导体产业最重要的一个年度展览是 SEMICON2014,这次在台北南港展览馆举办,展中主要聚焦的新技术仍旧是围绕在设备与材料方面,但整个大会中有不少研讨会都规划出半导体产业未来的趋势、机会和挑战,特别是全球几间大的半导体厂都继续扩大对晶圆厂 (Foundry) 的资本支出 (WPE),设备厂与材料厂近年在半导体产业的收益颇丰,也看好 2015 年的半导体景气。
科技新报 (TechNews) 认为,以近年来热门的穿戴式装置来看,智能手环、智能手表等终端装置的市场受重视度高,连带着使得 MEMS 销量大增,几个相关的 MEMS 厂商,还有负责晶圆代工的半导体厂都先大赚,而智慧穿戴装置的终端市场战争,才刚刚揭开序幕而已。
2014 年的 SEMICON 展览中,先进制程和关键材料是最重要的发展,绿色制造技术也很受到瞩目。芯片的封装技术方面,则是聚焦在FO-WLP、FC-CSP、3D-IC上。
晶圆制造技术,现阶段20奈米以下的精密制程涵盖了16奈米、14奈米与10奈米等级的新制程,技术上应该会是以鳍式场效晶体管 (FinFET) 技术为主流,还有 3D 封装技术等等。目前包括英特尔 (Intel) 、台积电 (TSMC)与韩厂三星电子 (Samsung Electronics),都积极在进行晶圆厂相关的技术和生产设备的投资与开发,对于未来整体半导体产业的发展有举足轻重的领先地位。
先进制程需要的EUV(极紫外光)微影技术
目前台厂半导体龙头台积电,就很积极参与这个技术的开发,因此很早就花大笔资金投资国际半导体设备厂,取得先进制程门票,目前最新的第3代EUV机台NEX3300B已出货6台,其中有1台到2台已经运到台湾了,另外的国际半导体买家应该是英特尔和三星等大厂。
这种设备极为重要,一台要价数十亿元新台币,是一种曝光机,当半导体芯片要把设计好的积体电路透过先进制程做在晶圆上时,需要这种曝光机来处理。从2X奈米往1X奈米制程的领域走,16奈米、14奈米或10奈米,都仰赖更精密的曝光机来生产,这是除了配方、生产用材料以外,半导体芯片最关键的设备。
半导体中,特别是 DRAM 与 NAND 闪存,受到市场竞争者变少,SSD的市场需求已经真正打开,加上先进制程转移与产能扩张的平衡比以往更好,再导入如 3D NAND 闪存的产品后,3D IC的相关技术发展、成本与市场价格可望会更成熟。
物联网中兴了半导体产业
先前行动装置如平板与高阶智能手机的需求成长已经陷入不易的局面,更别论 PC 产业了,但是物联网、自动化工业设备、医疗健康照护、大数据运算需求,这些新的发展,等于是拯救了半导体产业,新应用带来了大量的需求,全球主要的半导体晶圆代工厂的订单都排满满,连二线、三线的晶圆代工厂也进入荣景,八吋厂的成本摊提和折旧都已经告一段落,更搭上这波半导体需求热。不过,市场上需要更低耗电功率、效率更强的芯片,这使得前述三大厂的先进制程开发,有了更明确的需求基础。
SEMICON 展览中,半导体的产线设备不但受到相当的瞩目,材料方面也有新的发展,更多厂商愿意投资在材料科学方面,并雇用更多的材料科学工程师。由于这方面的科技领先国,还是美国、欧洲等地,相对这几年对材料科学不够积极的区域,就会面临关键材料技术得靠进口和外来和尚的问题。
2015 年后的 Fin-FET 技术
英特尔目前是这方面技术的领先者,正积极缩小晶圆面积大小、功率,以及最重要的良率问题。而台积电生产 Fin-FET 技术的芯片,其晶圆面积仍旧是比较大,需要一些时间来缩减,而良率的部分,台积电方面是乐观的,这对台湾产业来说是好事。
以目前台积电、三星在先进制程方面的进度来看,谁也不确定一定能够拿到未来苹果 (Apple )、高通 ( Qualcomm )的高阶芯片订单,两家都吃到应该是比较可能的,以目前的资本支出计划而言,都无法让一家晶圆厂就满足苹果和高通两大最重要的行动运算芯片厂商之需求。
苹果会不会用 Fin-FET 技术,可能会,也可能不会,这还要看 2015 年的发展进程。
中国-积极扶持半导体产业,长期对台厂是利空
中国大陆在半导体投资从 2014 年开始更为积极,-也花了更多重本在培育这方面的技术与人才上,这是因为中国尽管为亚洲的制造业重镇,但是半导体芯片一直大部分都仰赖进口,想要提高自给率,就得从厂商方面去扶植,不论是人才或技术都要拿到手。
但是以半导体产业而言,要去作到够多的设备、够大的产能,以及真的有用的先进制程技术来说,对目前的中国市场是困难的。因此,在无晶圆半导体厂,也就是 IC 设计公司的扶植和开发,是中国目前的产业扶植主要方向。
物联网的感测器是初期最大商机
物联网和行动装置需求不同处,在于物联网产品需要更多的感测器 IC,以及低耗电、有效率的传输技术等技术。电源管理是近年的显学,要达到超低耗电,这让电的耗漏、动态电源调整等技术,得以更好的方式应用在物联网的芯片上,并且整合更多的功能到 IC,又不会增加太多功耗,这是很困难的事情。
另一个半导体产业因为物联网而变化的是协同最佳化的生态系统,很多共用的知识产权 IP ,过去已经加快了芯片设计的脚步,但现在更是要搭配多样化的 IP 来达成复杂功能的协调。半导体产业在物联网芯片方面也碰到了一些挑战,像是不同系统架构间的沟通与传输讯号问题,还有未来产品的多样化,芯片设计上要更能符合少量多样的终端产品市场变化。