摩爾定律的全新賽道：異質整合如何助半導體產業迎戰5G、車用電子時代的來臨？

SEMI國際半導體產業協會封裝測試委員會持續為強化台灣半導體產業的技術與競爭力盡一份心力。SEMI

所謂「條條大道通羅馬」，用這句話來形容半導體產業目前的發展是再適合不過了。

若將終端產品效能作為指標，那麼過去半導體產業多是遵循摩爾定律（Moore's Law）的步伐前行，以每18個月將單位面積電晶體提升1倍作為目標，投入大量研發量能。然現行在物理極限與成本考量下，為求相同效能表現已不能再只仰賴摩爾定律，而異質整合（Heterogeneous Integration）的出現提供了多條能提升產品整體效能的路徑。

「從現在來看，這將是影響未來半導體產業數十年的關鍵技術」日月光集團研發中心副總經理暨SEMI封裝測試委員會共同主席洪志斌這樣分析。

他進一步說到，第一波啟動異質整合的應用多來自於高效能運算、伺服器或人工智慧，但未來真正能發揮異質整合最大綜效的應用其實是「車用電子」，因為在車聯網的時代下，除了需要高效能運算和人工智慧外，尚須結合各式各樣的感測技術以及5G、6G甚至是衛星通訊來快速收集、判讀大量資訊並正確下達指令。因此，如何在各式車體、不同功能需求的前提下整合各類元件與技術，將會是異質整合最有發揮空間的戰場之一。

半導體產業擁抱異質整合，全方位滿足客戶需求

而發展異質整合這項技術也不單是封測廠的專利，就連晶圓製造廠及系統組裝廠也都各自扮演重要角色並且須長期投入資源發展。洪志斌認為，晶圓製造廠的優勢在於晶圓等級的異質整合，主要的切入點會是在晶片製程的延伸，例如2.5D與3D封裝。

而系統組裝廠原本就在做異質整合，優勢在於可整合的元件包羅萬象。封裝廠則介於兩者之間，既可處理晶圓等級的異質整合，亦可將各類晶片整合於一般封裝，如傳統的Leadframe和Wirebond BGA封裝，或是先進的Flip chip封裝，近年來更將觸角延伸到天線AiP及矽光子模組的整合。所以在異質整合方面，晶圓製造廠、封裝測試廠、以及系統組裝廠各有不同優勢和應用層面，而且更多的跨供應鏈合作都正持續發酵。

攤開這些年台積電財報，不難發現資本支出上總有1成是發展先進封裝技術，外界總臆測這樣的佈局對封測廠來說是個威脅，但洪志斌表示，面對客戶需求如果都是在晶圓製造廠的作業流程中完成，那由台積電主動提供晶圓屬性的異質整合服務是相當合理的事。

倘若客戶需要的晶片、材料等皆來自不同地方，那麼委由如日月光這樣的封測廠執行異質整合不只省時，對於客戶的商業機密也同樣有保障，可以說晶圓製造與封裝、測試兩個生產環節發展異質整合技術，是有其原因與市場需求的。另一方面，日月光在封裝測試領域上因為有著多年耕耘，對於成本管控也相當成熟，能協助客戶在成本與產品效能間達成最佳平衡。

除此之外，洪志斌表示異質封裝亦考驗著半導體產業鏈如何攜手合作，特別是面對車用電子時代來臨，砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）這類化合物半導體的出現，如何完美整合就成了新課題。此外，地緣政治所產生的全球/在地化生產也正顛覆著產業過去的執行模式，不過洪志斌認為這將是海內半導體產業鏈展現絕佳韌性的時刻，「我們需要去思索如何整合全球／區域化的元件滿足客戶需求」，具備彈性解決方案將是面對地緣政治挑戰的武器。

不只解決應用場景，異質整合開啟淨零碳排的主動關鍵

而異質整合的誕生不只是推動產業在5G、AIoT、高效能運算、及車用電子科技趨勢下的應用新場景，也是一場掀起ESG革命的起點。他表示，過去產業擁抱淨零碳排多以「被動」方式執行，省了多少水、節了多少電，但如今我們可以利用異質整合的技術以更「主動」的方式來達到ESG精神。

舉例來說，當我們將從設計面出發，利用異質整合縮小產品的尺寸，即可節省需多的材料，如封裝基板、Epoxy Molding Compound、PCB板，或是透過異質整合協同設計來降低產品的功耗，如此便可以讓ESG精神從源頭就能被真正落實。

此外，洪志斌也指出當整合更多的晶片、主被動元件的這項技術持續發展，過往EDA（電子設計自動化）業者也將一起面對新的課題。「從前EDA軟體只需要知道IC設計後在晶圓製造端的表現，現在需要更全面的整合掌握封裝後，甚至於是系統組裝後的結果」，正因為異質整合這項技術整併了多元的晶片、材料，複雜度更勝以往，因此半導體產業也仰賴EDA業者儘速打造出更完整的平台，讓業界能從晶片、封裝一直到系統整合，都能藉由軟體的協助掌握成本與效益表現以達到全面性最佳化設計的目標。

可以見得在異質整合的時代下，已經不再是單打獨鬥就足以應付各類挑戰，而是需要鏈結整個產業的每個環節，乃至於材料、設備到晶片生產的各個節點皆然。國際半導體產業協會(SEMI) 作為產業重要的第三方平台，不僅能整合全球半導體產業資源，把國際資源帶入台灣，也能持續強化台灣在半導體產業的技術與競爭力，為全球科技推動盡一份心力。

2023年一年一度的「SEMICON Taiwan 2023國際半導體展」即將於9月6~8日於南港展覽館1&2館盛大舉辦，現場除了規劃異質整合專區之外，也將針對「異質整合」這項技術進行不同主題的討論，自9/5起搶先舉辦為期三天「異質整合國際高峰論壇」，邀請到AMD、日月光、Broadcom、Meta、聯發科、Micron、Qualcomm、Samsung、欣興電子等產業先進齊聚一堂，共同為產業突破摩爾定律的下一步，勾勒出全新藍圖與解決方針，

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