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成就台湾半导体的幕后英雄

成就臺灣半導體的幕後英雄

半导体行业观察 ·  2020/06/13 14:58

二十世紀六十年代,中國臺灣圍繞着「進口—加工—出口」的模式,形成了以輕紡工業為主題的加工出口經濟體系,勞動密集型產業是這個時期中國臺灣經濟的主旋律。但是伴隨着1973年石油危機的爆發,全球經濟陷入不景氣。當時,新任「經濟部長」孫運璿相信唯有擺脱勞力密集,轉向技術密集的工業,才能徹底讓中國臺灣經濟轉型。

於是,1973年,孫運璿建議仿效韓國的「科技研究院」,成立以當局資金為主的半官方機構工業技術研究院。作為研發機構,工研院進行的是研發項目,然後工研院將向工業公司提供技術以實現商業化發展。

從工研院走出的中國臺灣半導體產業

1974年,工研院成立了一個組織來開發半導體技術,即電子研究和服務組織(ERSO)。ERSO通過對重要技術的研發以及技術轉讓促成了中國臺灣半導體的起步。 根據《The New Argonauts》一書中介紹,1976年,ERSO與美國RCA簽署了一份為期五年的技術轉讓協議。該協議強調了培訓和技術轉讓,因此ERSO派遣了一支由37名工程師組成的團隊前往美國的RCA工廠,進行為期一年的集成電路設計和製造密集培訓。協議還表示,RCA將轉讓製造CMOS器件的所有技術以及設計和工藝改進,並回購工廠生產的一定數量的晶圓,並提供有關產品應用的信息。後來,這個32人團隊形成了中國臺灣集成電路行業未來幾十年的領導核心。

RCA項目對中國臺灣集成電路及其他高科技產業的發展有以下兩個深遠影響。第一次是ERSO吸收了製造技術和IC業務運營知識。第二個是ERSO工程師對設計和研發的應用。

在進行了為期一年後的培訓後,1977年,中國臺灣建立了第一家IC示範工廠,這是中國臺灣半導體產業的基礎。1980年,聯電從工研院中脱離出來,成為了中國臺灣第一家集成電路企業,參與RCA項目中的很大一部分人也加入到了聯電。六年後,臺積電也從工研院中走了出來,臺積電通過ERSO專業人員和ERSO的加工技術,推動了六英寸的半導體晶圓的發展。1993年,工研院又衍生了世界先進,當時世界先進所生產的8吋晶圓,推動了半導體半導體產業的升級。

與此同時,工研院又將目光投向了IC設計。工研院於1985年建立了集成電路共同設計中心(CDC),旨在鼓勵新興的設計公司。ERSO還為九所中國臺灣大學提供了計算機輔助設計工具和邏輯單元庫,以鼓勵建立IC設計程序。從1983年到1990年,它剝離了十幾傢俱有IC設計能力的公司,包括1987年成立的華邦電子,當時工研院 200 多人的團隊加入華邦電後,將其產品線鎖定在了邏輯 IC方面。

工研院為中國臺灣半導體的發展起到了極大的促進作用。在2013年出版的《21st Century Manufacturing:The Role of the Manufacturing Extension Partnership Program》 中有這樣一張圖,概括了工研院在促進集成電路設計中的作用。

(工研院在促進集成電路設計中的作用。來源:劉忠元,工研院,「政府在發展高科技產業中的作用:以中國臺灣半導體產業為例 」,Technovation,13(5),1983年。)

發展至今,從工研院的組成上看,按各業務範圍劃分,工研院共建立了6個研究所、7個科技中心;另設產業學院、南分院、中分院、業務推動與行政資源等單位(如組織圖)。

其中,根據工研院之前所發佈的計劃中看,工研院計劃將南港IC設計園區推向國際化,工研院計劃透過策略性結盟激勵具硏發能量SoC/IC新創公司的成立,並擴展中國臺灣SoC/IC領域技術的深度與廣度,以帶動中國臺灣IC設計業的蓬勃發展。

工研院輸出的人才輸出

中國臺灣工研院不僅促生了很多半導體企業的誕生,也造就了很多半導體人才,這些人才也是中國臺灣半導體得以不斷髮展的基礎。

在工研院成立初期,中國臺灣缺少相關的人才,結合當時的市場情況,工研院採取的措施是通過主動吸引和培養人才的方式,來促進產業的發展。20世紀90年代,全球化的到來,使得工研院人才流失嚴重,針對這種情況,工研院推出了人才平衡政策,即既鼓勵人才向企業轉移,又實施一些政策吸引更多海內外人才加入。

根據《從智力搖籃到產業引擎:淺析中國臺灣工業技術研究院的人才培育及運用政策》一文中顯示,這些政策包括,推出前瞻性研究項目及相關研究獎項;與國際著名研究院所合作,為員工提供外出進修交流的機會,也邀請著名專家來交流培訓;走到人才集中的高校,主動邀請人才加入等。

進入到了21世紀後,中國大陸方面對半導體人才產生了極大的需求,由於中國大陸方面在薪資等方面具有優勢,因此,也促使了一部分人才從中國臺灣來到了大陸。針對這種情況,工研院在近年來也在四個方面做出了規劃,包括積極延攬國際優秀人才、培育和吸引軟件和系統人才、強化留才機制、加強員工關懷。

據相關資料統計,到 2016 年,工研院累計輸出到各界共 1.8 萬人,並有許多人成為科技園區高級主管或企業高管。根據工研院2019年發佈的報告顯示,目前,工研院共有研發和管理人才6,164 人,其中碩士 3646人、博士 1424人。

過去兩年工研院的投資方向

自1973年以來,中國臺灣半導體產業已經成為了全球半導體產業鏈中重要的一部分。在工研院例年來的年度預算書中,半導體產業一直被視為是既有產業的一部分,也是需要不斷提升其競爭力的產業。

在2018年工研院的年度預算書中顯示,用於專案計劃要研發符合物聯網(IoT)需求的芯片設計及半導體前瞻技術,包含(1)人工智能處理芯片、人工智能模型開發工具與環境、NVM類神經運算芯片;(2)IoT硬件加密防護芯片、晶片型LiDAR;(3)開發異質整合設計平臺、異質整合封裝技術、異質微型元件系統組裝、多功能異質元件檢測技術。將芯片、次系統、系統原型產品一條龍式的串聯起來,建構中國臺灣IoT產業生態環境。

此外,在電子元件方面,工研院也指出5G通訊、物聯網的興起,需要聚焦高值創新應用。為此,工研院將開發毫米波基板、寬能隙晶圓材料、高可靠性射頻半導體封裝技術、可撓式高介電複合陶瓷晶圓技術與毫米波通訊構裝技術。

在2019年工研院的預算報告中,再次提出了適用於物聯網領域芯片以及5G元件的重要性。在該年度中,除了延續2018年所制定的計劃外,工研院還指出了半導體在醫療和工業領域所發揮的作用。

未來發展

為了創造更美好的未來,工研院制定了《2030年技術戰略和路線圖》,在其中加強了信息通信技術使能技術的發展,並側重於三個應用領域:智能生活,優質健康和可持續環境。其中,ICT是2030年技術戰略和路線圖中支持多種應用程序的重要因素,為此,工研院轉向了人工智能,半導體,通信,網絡安全和雲技術,以促進上述三個應用領域的技術突破。

在智慧生活方面,根據工研院所發佈的年度業務重點顯示,機械為製造的基礎,相關產業現況正由低價製造代工向創新的先進製造轉型。先進製造的重點研究包括:智慧製造、微納米與激光、微機電系統技術發,納米光電、面板及軟電製程設備及精密化學、軟性基板與光學膜等材料製造。期往能協助帶動中國臺灣半導體設備、先進製程設備、先進(資訊、能源、綠色)材料等相關產業發展。

在強化半導體產業方面,工研院提出了,要協助3D集成電路產業整合(在2008年,工研院組織了先進的堆疊系統技術和應用聯盟,開發了3D集成電路技術,該技術基於多個薄IC的堆疊以及它們之間的直通面積陣列互連),制定製程介面規格,產品目標將以DRAM、 Flash與CIS(CMOS圖像傳感器)應用為主,並實現高速、高密度、低耗能產品的應用,打造新興半導體產業。

根據工研院所發佈的年報中顯示,其在半導體設備、先進封裝等方面均有佈局計劃,且在一些領域當中已經取得了一定的成績。(以下是部分工研院的佈局以及成果)

具體來看,在半導體設備方面,工研院指出隨着製造的不斷髮展,高精度無掩模光刻機的需求正在增加。儘管半導體設備製造商從國外引進了此類機器,但是其技術細節的知識卻很少,這影響了後續的研究與開發。為了建立中國臺灣自己的無掩模光刻機的核心技術,工研院開發了用於激光直接成像無掩模光刻機的關鍵技術。

此外,金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)外延設備也是光電子半導體行業的關鍵處理組件。傳統的外延工藝需要更長的時間來設置和調整工藝參數,工研院使用數字技術來代替傳統的手動調整,從而可以快速確定最佳參數,並縮短了產品開發週期和上市時間表。該技術進一步將MOCVD硬件與CyberEpi軟件集成在一起,因此行業可以進一步控制過程和設備。

下一代半導體技術檢測方面,先進的半導體工藝已經達到7納米及以下技術節點;但是,現有的薄膜厚度和關鍵尺寸檢查技術已達到檢測極限。工研院正在開發X射線計量技術,可提供亞納米級的高分辨率。這可以在線測量7 nm,5 nm和3 nm技術節點工藝中的關鍵尺寸。

據中國臺灣媒體報道,工研院於去年還與羣創光電進行了合作,將旗下現有的面板產線轉型成為具競爭力的面板級扇出型封裝應用,切入下世代晶片封裝商機,解決半導體晶片前段製程持續微縮,後端裝載晶片之印刷電路板配線水準尚在20微米上下的窘況,可提供2微米以下之高解析導線能力,生產效率高且善用現有產線製程設備。據悉,工研院以此技術與羣創光電合作,將其現有的3.5代面板產線轉作成面板級扇出型晶片封裝應用,除了提升目前現有產線利用率,就資本支出來説更具備優勢,未來可切入中高階封裝產品供應鏈,搶攻封裝廠訂單,以創新技術創造高價值。

除此之外,日前,工研院還發表全球首創的「積層式3D線路技術」,此一技術並已導入全球筆記型計算機設計製造大廠廣達計算機,運用在玻璃、陶瓷、金屬等多材質上製作立體多層、並且線寬僅15μm(微米)的電路,有助3C產品達到5G高速率的要求。

根據鉅亨網的報道顯示,今年5月工研院表示,中國臺灣半導體產業在今年可望延續正成長,產值估達2.8 兆元,年增4—5.7%,優於全球表現。工研院認為,今年對中國臺灣半導體產業的正面影響包括AI、5G、車用及物聯網等多元應用,加上疫情帶動居家工作趨勢,刺激先進製程產能開出,以及相關IC 包括温度感測器、呼吸器用芯片等出貨量大幅成長。同時,工研院也強調,中國臺灣半導體業的關鍵成功經驗,是以科學園區為核心驅動角色,並形成完整的上中下游科技羣聚。因此,應持續善用產業羣聚優勢,聚焦下世代創新產品與應用服務,帶動產業多元發展。

編輯 | Eric

譯文內容由第三人軟體翻譯。


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