摩尔定律的全新赛道：异质整合如何助半导体产业迎战5G、车用电子时代的来临？

SEMI国际半导体产业协会封装测试委员会持续为强化台湾半导体产业的技术与竞争力尽一份心力。SEMI

所谓「条条大道通罗马」，用这句话来形容半导体产业目前的发展是再适合不过了。

若将终端产品效能作为指标，那麽过去半导体产业多是遵循摩尔定律（Moore's Law）的步伐前行，以每18个月将单位面积晶体管提升1倍作为目标，投入大量研发量能。然现行在物理极限与成本考量下，为求相同效能表现已不能再只仰赖摩尔定律，而异质整合（Heterogeneous Integration）的出现提供了多条能提升产品整体效能的路径。

「从现在来看，这将是影响未来半导体产业数十年的关键技术」日月光集团研发中心副总经理暨SEMI封装测试委员会共同主席洪志斌这样分析。

他进一步说到，第一波启动异质整合的应用多来自于高效能运算、服务器或人工智能，但未来真正能发挥异质整合最大综效的应用其实是「车用电子」，因为在车联网的时代下，除了需要高效能运算和人工智能外，尚须结合各式各样的传感技术以及5G、6G甚至是卫星通讯来快速收集、判读大量信息并正确下达指令。因此，如何在各式车体、不同功能需求的前提下整合各类元件与技术，将会是异质整合最有发挥空间的战场之一。

半导体产业拥抱异质整合，全方位满足客户需求

而发展异质整合这项技术也不单是封测厂的专利，就连晶圆制造厂及系统组装厂也都各自扮演重要角色并且须长期投入资源发展。洪志斌认为，晶圆制造厂的优势在于晶圆等级的异质整合，主要的切入点会是在芯片制程的延伸，例如2.5D与3D封装。

而系统组装厂原本就在做异质整合，优势在于可整合的元件包罗万象。封装厂则介于两者之间，既可处理晶圆等级的异质整合，亦可将各类芯片整合于一般封装，如传统的Leadframe和Wirebond BGA封装，或是先进的Flip chip封装，近年来更将触角延伸到天线AiP及矽光子模块的整合。所以在异质整合方面，晶圆制造厂、封装测试厂、以及系统组装厂各有不同优势和应用层面，而且更多的跨供应链合作都正持续发酵。

摊开这些年台积电财报，不难发现资本支出上总有1成是发展先进封装技术，外界总臆测这样的布局对封测厂来说是个威胁，但洪志斌表示，面对客户需求如果都是在晶圆制造厂的作业流程中完成，那由台积电主动提供晶圆属性的异质整合服务是相当合理的事。

倘若客户需要的芯片、材料等皆来自不同地方，那麽委由如日月光这样的封测厂执行异质整合不只省时，对于客户的商业机密也同样有保障，可以说晶圆制造与封装、测试两个生产环节发展异质整合技术，是有其原因与市场需求的。另一方面，日月光在封装测试领域上因为有着多年耕耘，对于成本管控也相当成熟，能协助客户在成本与产品效能间达成最佳平衡。

除此之外，洪志斌表示异质封装亦考验着半导体产业链如何携手合作，特别是面对车用电子时代来临，砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）这类化合物半导体的出现，如何完美整合就成了新课题。此外，地缘政治所产生的全球/在地化生产也正颠覆着产业过去的执行模式，不过洪志斌认为这将是海内半导体产业链展现绝佳韧性的时刻，「我们需要去思索如何整合全球／区域化的元件满足客户需求」，具备弹性解决方案将是面对地缘政治挑战的武器。

不只解决应用场景，异质整合开启净零碳排的主动关键

而异质整合的诞生不只是推动产业在5G、AIoT、高效能运算、及车用电子科技趋势下的应用新场景，也是一场掀起ESG革命的起点。他表示，过去产业拥抱净零碳排多以「被动」方式执行，省了多少水、节了多少电，但如今我们可以利用异质整合的技术以更「主动」的方式来达到ESG精神。

举例来说，当我们将从设计面出发，利用异质整合缩小产品的尺寸，即可节省需多的材料，如封装基板、Epoxy Molding Compound、PCB板，或是透过异质整合协同设计来降低产品的功耗，如此便可以让ESG精神从源头就能被真正落实。

此外，洪志斌也指出当整合更多的芯片、主被动元件的这项技术持续发展，过往EDA（电子设计自动化）业者也将一起面对新的课题。「从前EDA软件只需要知道IC设计后在晶圆制造端的表现，现在需要更全面的整合掌握封装后，甚至于是系统组装后的结果」，正因为异质整合这项技术整并了多元的芯片、材料，复杂度更胜以往，因此半导体产业也仰赖EDA业者尽速打造出更完整的平台，让业界能从芯片、封装一直到系统整合，都能藉由软件的协助掌握成本与效益表现以达到全面性最佳化设计的目标。

可以见得在异质整合的时代下，已经不再是单打独斗就足以应付各类挑战，而是需要链结整个产业的每个环节，乃至于材料、设备到芯片生产的各个节点皆然。国际半导体产业协会(SEMI) 作为产业重要的第三方平台，不仅能整合全球半导体产业资源，把国际资源带入台湾，也能持续强化台湾在半导体产业的技术与竞争力，为全球科技推动尽一份心力。

2023年一年一度的「SEMICON Taiwan 2023国际半导体展」即将于9月6~8日于南港展览馆1&2馆盛大举办，现场除了规划异质整合专区之外，也将针对「异质整合」这项技术进行不同主题的讨论，自9/5起抢先举办为期三天「异质整合国际高峰论坛」，邀请到AMD、日月光、Broadcom、Meta、联发科、Micron、Qualcomm、Samsung、欣兴电子等产业先进齐聚一堂，共同为产业突破摩尔定律的下一步，勾勒出全新蓝图与解决方针，

欢迎至官网（连结）了解更多展览及论坛信息。