鄭志全：新世代封測技術改變半導體生態 ( 先探投資週刊 鄭志全‧文)

封裝測試在半導體生態鏈當中向來是薄弱環節，昂貴的材料支出、機台設備，經常壓得業者喘不過氣，以行業平均約一五～二五％毛利率，實難與ＩＣ設計、晶圓代工相提並論。但奇特的是，目前全球半導體業都在積極備戰先進的封裝技術，追求ＩＣ封裝方式的變革，已經成為一股新的潮流，可能為高速行動裝置的發展帶來新的契機。

在去年第三季台積電的法說會上，董事長張忠謀發表了一個名為「COWOS」（Chip on Wafer on Substrate）的全新商業模式，未來將提供３Ｄ晶片從晶圓製造到封裝測試的整合服務，台積電此一舉動，等於宣示跨入高階封測領域。


3D IC崛起

台積電站出來獨力發展封測技術，主要為了因應來自客戶的高階製程需求，也讓國內的晶圓代工和封測業，從合作夥伴變成既競爭又合作的關係；將前後段製程一手包的策略，改變了多年來台灣半導體產業專業代工的生產模式。

系統級封裝（SiP；System in Package）則是目前許多消費電子產品普遍使用的封裝方式，在３Ｇ手機世代獲得廣泛應用。SiP主要是將多個晶片或封裝元件安裝在基板上，透過基板讓多個晶片封裝體合而為一，來達到縮小體積的目的。

如果在一個SiP的頂部疊上另一個SiP，則稱為PoP層疊封裝（Package on Package）。SiP或PoP封裝技術滿足了電子產品微型化、多功能和低成本的需求，但是在速度、頻寬上有其極限，而且各個晶片都有獨立的電源需求，不易省電。

SoC與SiP各有所長，在並行發展多年之後，因為行動裝置的快速流行，正遭遇新的挑戰。目前全球半導體業開始轉向以ＩＣ堆疊的方式，來發展體積更小、效能更加全面的整合型晶片。擺脫過去二維的設計模式，3D IC指引了一條新的發展道路，未來晶片的設計、製造將朝縱向發展，並且依賴更先進的封裝技術來達成。


超越摩爾定律

為了符合快速、高效、輕薄、省電等需求，3D IC一直被業界寄予厚望，特別是４Ｇ通訊時代追求更快速的資料傳輸和運算處理速度，而以現行採用PoP技術整合記憶體與邏輯ＩＣ的方式，頻寬可能不足。因此記憶體與邏輯ＩＣ的３Ｄ堆疊製程，被視為未來半導體的殺手級應用。

但是邏輯ＩＣ的堆疊製程，發展不如記憶體來得順利，存在許多技術上的困難。台積電資深研發副總蔣尚義認為，在記憶體領域因為技術上較容易克服，預計明年就會看到3D IC的樣品問世，但邏輯ＩＣ恐怕五年內都很難看到真正的３Ｄ應用。

至於台積電的「COWOS」技術平台，是在晶片和基板中間插入矽中介層的「2.5D」封裝技術。目前包括賽靈思、超微、輝達、高通、德州儀器、Marvell、Altera等客戶，已經積極朝2.5D的設計方向發展，而台積電的COWOS封裝技術導入二八奈米製程後，預計在明年會見到初步成效，二○一四年高階封測業務可望放量。


客戶結構決定營運強弱

但近年來不斷有專家學者提出預警，未來矽技術的物理特性將逐漸逼近極限，隨著電晶體的數量越來越多，高溫和泄漏的問題隨之而來，屆時摩爾定律也走到了盡頭。此外，隨著先進製程推進到二○奈米以下，未來晶片生產的製程費用也會貴得嚇人，難以協助業者達到商品化的目的。

不過，消費者對於電子產品創新技術的追求，永遠是嚴苛的，目前半導體業界對於摩爾定律的延續，多半持正面看法。手機晶片大廠高通認為，未來必須在技術面採用「More Moore」和「More than Moore」並行發展，除了依賴傳統的製程不斷微縮，還必須推動SiP和3D IC封裝技術的高度整合。為了要超越摩爾定律，晶圓代工與封裝廠商必須協同設計、整合資源，形成一個虛擬的ＩＤＭ廠。

台積電的看法也相類似，認為摩爾定律必須和3D IC技術相輔相成，持續朝體積小、省電等特性鑽研，那麼未來十年內製程微縮至七奈米或五奈米都不成問題。


先進技術各憑本事

矽品以往的營運策略較保守，以ＩＣ設計業為主的客戶結構，在過去兩年經營十分辛苦，直到去年第四季正式拿下高通手機晶片訂單，才開始積極擴張產能。今年矽品的資本支出為一七五億元，年成長約六成，明後年支出可能更高，中高階封測相關的設備投資，會集中在PoP封裝、覆晶封裝等。預期今年來自高通的貢獻仍然微薄，明年中高階晶片的封測業務可望放量。

本文詳情及圖表請見《先探投資週刊》1683期
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