半导体迎来物联网新市场迷你晶圆厂出现

发表时间：2016-09-12

　　半导体技术无疑是推动人类文明进展的重要助力，从电脑、手机到现在的行动运算与智能装置，没有半导体，也就不会出现这些一再改变人类生活面貌的科技。现在，半导体技术要再次推动另一次新变革，亦即被称为“NEXT Big Thing”的物联网持续前进。

　　根据市场研究机构IC Insights研究，2015年至2019年，物联网应用系统营收将翻两倍，至2019年可达1，245亿美元市场规模，物联网的新连结数于2019年将达到30.54亿个。

　　不过，对于半导体产业而言，物联网浪潮驱动的不仅是大量的消费性电子元件与网路连结，同时也促使处理器、资料中心及行动装置的资讯运算能力越来越强大，这就 仰赖相关先进及特殊制程技术的持续精进，才能实现所需的运算处理能力、连结性、超低耗电、多样感应器以及先进封装的系统级整合等，而这些新出现的需求将大 力带动半导体市场成长。


　　物联网IC需求增 驱动制程技术

　　根 据IC Insights预估，至2019年，物联网IC销售额可达194.36亿美元，2015至2019这4年间的平均复合成长率达到15.9%。其中，物联 网应用将加速光电、感应器、致动器和离散半导体元件强劲的成长，预计于2015年销售额可达46.21亿美元，至2019年销售额更是成长至116.47 亿美元，这4年的平均复合成长率达到26%。

　　其次，成长力道也同样强劲的是微控制器（MCU）与单芯片处理器，未来4年平均复合成长率达到22.3%。接下来，记忆体相关销售额复合成长率为19.8%，特定应用标准产品IC为16.4%，类比IC为12.7%。

　　随着智能型手机成长趋缓，物联网成为驱动半导体市场成长的下一波力道，许多国际知名半导体大厂早已积极布局。台积电做为晶圆代工厂，矢志要打造物联网生态供应链。台积电与联发科的合作就是成果之一。

　　台积电与联发科的合作，是利用台积电的55纳米超低功耗技术生产联发科的MT2523 系列产品，此系列产品是联发科专为运动及健身用智能手表所设计的解决方案，也是全球首款高度整合GPS、双模低功耗蓝牙，同时支持高解析度MIPI显示萤 幕的系统级封装（SiP）芯片解决方案。

　　在此合作案中，台积电提供55纳米超低耗电制程（55ULP）、40 纳米超低耗电制程（40ULP）、28纳米高效能精简型强效版制程（28HPC+）、以及16纳米FinFET强效版制程（16FF+），这些制程适合用 于各种具有节能效益的智能型物联网及穿戴式产品，主要诉求就是物联网芯片设计强调的的超低功率。

　　此外，在制程技术方面始终维持领先地位的台积电，预计也将以10/7纳米制程进攻新市场，包括先进驾驶辅助系统（ADAS）等车联网芯片，以及即将在未来几年蔚为主流的物联网应用芯片等。

　　八寸晶圆及特殊制程 重获市场商机

　　整 体来看，除了某些物联网芯片需采用高阶半导体制程技术外，值得注意的是，物联网带起的感测器需求，也让8寸晶圆厂重新受到重视，其中原因何在？根据国际半 导体设备材料产业协会（SEMI）的报告，物联网带来的大量感测器需求中，有不少芯片会使用大于90纳米的制程生产，这促使不少现有8寸厂提出扩产计画， 甚至全球各地有多座新建8寸晶圆厂出现。

　　SEMI预估全球8寸晶圆产能到2018年时，将成长到每月543万片，回到相当于2006年的水准，且届时晶圆代工厂将拥有全球43%的8寸晶圆产能，较2006年时增加14个百分点。

　　此外，物联网装置所需的低功耗微控制器、无线电频率通信、面板驱动、触控、功率器件及感测器等，大多也不需以尖端制程生产，甚至有些产品需采用特殊制程技术，因此也为拥有特殊制程能力的业者辟出一片新天地，例如，砷化镓PA的崛起就是很的例子。

　　PA 的主要功能是将讯号放大，在物联网讲求高速数据传输极低功耗的诉求推动下，具有高频、高效率、低杂讯、低耗电等特点的砷化镓PA，较 CMOS PA更适合用于物联网，且随着 SiP（系统级封装）的成熟，SIP PA的封装体积能进一步缩小，因此可以预期随着物联网普及，相关PA的市场规模将更形扩大，这也就让拥有砷化镓制程能力的业者获得商机。

　　符合少量多样特性 迷你晶圆厂现身

　　此外，物联网的崛起，还可能促成另一个与现今半导体制程设备更大、更贵相左的趋势。锁定物联网对于小量、多样感测器的需求，日本经济产业省结合 140间日本企业、团体联合开发出新世代制造系统，这是一个“迷你晶圆厂”（Minimal Fab）。

　　“迷 你晶圆厂”起价仅5亿日圆（1.7 亿元台币）。这个迷你晶圆厂的开发目标是希望透过成本与技术门槛的大幅降低，让汽车与家电厂商能自己生产所需的半导体及感测器。“迷你晶圆厂”所需的最小 建置面积约是两座网球场，仅是一座12寸晶圆厂的百分之一。产线中的机台大小约与饮料自动贩卖机差不多，这些机台分别具备洗净、加热、曝光等功能。

　　为 何“迷你晶圆厂”能够如此低价、体积为何能缩小？主因是去除了无尘室需求，转而采用局部无尘化的关键技术，并将此成果制出特殊运输系统“Minimal Shuttle”，利用电磁铁控制开关来阻止灰尘进入。另一个原因则是不使用光罩，如此就能大幅降低成本。迷你晶圆厂的概念着眼于物联网时代需要的是多种 少量的生产系统，要处理的晶圆大约直径0.5英寸即可，晶圆很小，生产装置当然也可以跟着缩小。

　　据了解，在这个迷你晶圆厂中，芯片从晶圆 上切割下来的尺寸大约1平方公分左右。“迷你晶圆厂”的年产量大约是50万个，一般的12寸晶圆厂则是两亿个。目前“迷你晶圆厂”的半导体前段制程设备已 大致研发完毕并开始贩售。预计2018年以前，切割芯片功能与封装等的后段制程设备也会开发完成。

　　与电脑、手机市场强调的标准化、大量生产不同，物联网的应用极为发散，这也使得半导体业者必须考量物联网应用的多样少量特性，进而拟定出符合未来物联网时代的开发及市场策略，如此才能随着新浪潮攀上另一产业高峰。