一顆新5G晶片的誕生會經過哪些步驟?白話文解析IC產業鏈全貌
一顆新5G晶片的誕生會經過哪些步驟?白話文解析IC產業鏈全貌
2020.03.02 | 5G通訊

隨著5G時代的來臨,近期各大封測廠都動作頻頻,深怕錯過這個難得一見的大機遇,例如台灣的半導體封測廠日月光投控(3711)、京元電(2449)、矽格(6257)都宣布大幅增加其資本支出,以因應客戶大量的訂單需求。今天這篇文章將詳細介紹整個IC封測業,再加碼分析有哪些類股/公司能在5G時代實質受惠。

讀完這篇文章,你將知道以下幾件事:

  1. IC產業鏈的全貌 — 你手中的智慧型手機是怎麼做出來的?
  2. 淺談IC封裝,SiP和SoC,哪種技術能在5G時代勝出?
  3. 什麼是IC測試?

IC製程 — 你手中的智慧型手機是怎麼做出來的?

大家可能常聽到晶圓代工、5奈米、7奈米、IC設計、封測等半導體業的專有名詞,那麼這些到底是什麼意思呢?要回答這個問題就必須由整個半導體產業談起。

其實半導體製程就是由IC設計、IC製造及IC測試、封裝等幾個步驟組成。

以智慧型手機的CPU為例,假如現在IC設計公司高通推出了最新的SnapDragon 5G晶片,會經歷這些過程:

  • step 1. 首先必須將晶片的電路結構設計好
  • step 2.再交給晶圓代工商例如台積電(2330)製作
  • step 3.這時候台積電會和最上游的矽晶圓供應商,例如環球晶(6488)、Sumco來購買製作晶片的裸晶或是磊晶
  • step 4.再將設計圖的電路複製製作到晶圓上
  • step 5.製作完成的晶圓再交給封測廠封裝及測試晶圓性能是否正常
  • step 6.而最後的成品再交還給高通
  • step 7.高通再賣給下游的手機廠商例如HTC、小米、OPPO
  • step 8.之後手機商再將晶片、螢幕、鏡頭、麥克風等各種零件交給像是鴻海(2317)的組裝廠組成完整的手機,再賣給消費者。

整個過程中只要一個細節沒注意到,例如設計不良、代工時偷工減料或是測試時沒把不良品淘汰都會導致智慧型手機在使用中發生問題, 因此整個IC製程都是環環相扣缺一不可的,彼此的合作非常緊密。

延伸閱讀:跟4G不一樣在哪?5G白話文快速看懂技術差異

以上的流程,又分為2種:IDM與專業分工

而目前IC製造主要分為IDM(Integrated Design and Manufacture)及專業分工兩種模式。

A)IDM就是從晶片設計到製作、封測都自己來, 這種方式最大的優點就是能彈性有效掌握自家產品的發展,且技術不會外傳。不過因為半導體的製程越來越複雜,成本及研發費用也越來越高,IDM公司必須擁有非常雄厚的資本才能應付如此龐大的支出。也因此越來越多的廠商都改採專業分工的模式,目前較有名的IDM廠僅剩Intel、三星及德州儀器等幾個規模較龐大的國際巨頭。不過越來越多IDM廠都開始將部分業務委外,例如歐洲的Infineon就在近日宣布未來5年將擴大委外訂單規模,並不再興建自有測試廠。

B)而專業分工則是每個步驟都由不同的廠商來完成,例如高通、聯發科(2454)、博通只專注於晶圓的設計,而台積電、中芯科技、聯電(2303)只負責晶圓代工,而日月光、力成、Amkor則負責後段的封測。彼此各司其職並發揮自己的專業,所以不論在成本或效率上都會較IDM還要優異,但缺點就是會受制於其他廠商,因為一間代工廠可能同時知道好幾間 IC設計廠的秘密,不過目前普遍保密措施都做得很好,這個疑慮也逐漸消失了,因此專業分工模式是目前也會是未來的趨勢。

示意圖
圖/ 理財果汁機

IC封測:IC製程最後的守門員

以上就是整個IC製程的概要,今天的文章則主要聚焦在IC封測上。首先介紹晶圓封裝的部分:

封裝簡單來說就是把IC晶片的電路腳和其他像是電路板或是插槽等外部元件連接 。一般有以下流程:

切割(將晶圓代工公司送來的片狀晶圓切割成一顆顆的IC)→ 黏貼(將IC黏到PCB上)→ 銲接及模封(把IC的小接腳銲接到PCB上並封起來)

而封裝的種類非常多樣,不同產品也會使用不同封裝方式,封裝的技術也一路從一開始的DIP(Dual In-Line Package)、QFP(Quad Flat Package)演變到以IC載板為主的閘球陣列PGA(Pin Grid Array Package)、BGA(Ball Grid Array Package)再到晶圓尺寸封裝CSP(Chip Scale Package)及MCM(multi-Chip Module),另外還有最近較紅的SoC(System-On-Chip)及SiP(System-In-Package)等較高階的技術。

圖片
圖/ 理財果汁機

SoC和SiP封裝分別有什麼優勢?誰是未來的主流?

SoC(System-On-Chip,系統單晶片)顧名思義就是把包括處理器、記憶體等不同功能都集結封裝到同一個晶片裡,所以最後的產品就只有一片晶片。

而SiP(System-In-Package,系統單封裝)則是SoC的延伸,不同處在於SiP是將各種不同功能的晶片直接整合封裝到一個模組裡,因此最後的產品是一個系統,裡面會有許多不同的晶片。

不過一般來說,SoC主要只整合了像AP(Application Processor,應用處理器,會負責大部分應用程式的執行)之類的邏輯系統,而SiP則是用疊加的方式集成了AP+mobile Dram(動態隨機存取記憶體,就是大家常聽到的DDR3、DDR4等等),甚至是RF(Radio Frequency,射頻模組,負責接收訊號)、CMOS影像感測器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,簡稱CIS,顧名思義就是感測影像並回傳給CPU,使拍照品質更高)等。隨著技術越來越好,之後emmc(內嵌式記憶體)、也有可能集成到SiP中。 因此某種程度上SiP其實就等於SoC再加上其他例如Dram等的元件 。以下是兩者的比較:

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圖/ 理財果汁機

以目前的趨勢來說,雖然SoC的效能比SiP更高,但因摩爾定律的限制以及產品的複雜度越來越高, SoC的設計難度及研發費用也越來越高(且通常SoC的研發時間為SiP的兩倍左右),因此目前較多是高階、生命週期較長的產品例如PC、智慧型手機的CPU、GPU、RF 等才會用SoC;而其他像是智慧家電、智慧手表、TWS等IoT產品因為效能不需那麼高,在考量成本下通常使用SiP。

話說SiP其實也不是什麼新技術,但因為近幾年IoT的高速成長,且確定會是未來幾年的主流趨勢,再加上 最近很火紅的AirPods Pro及Apple Watch也都使用SiP封裝,以及5G時代的多頻段特性也都讓SiP有更大的發展潛力 ,例如前段RF SiP,天線整合封裝(Antenna in Package,AiP)等,上述原因都使得SiP又成為市場的寵兒,各家廠商也都開始專注發展加強自己的SiP封裝業務。

總結來說,SiP由於研發難度低、成本較低、設計彈性較大等原因,且很多時候SiP裡甚至也可以包SoC,因此在這個萬物都需要聯網的時代,SiP將會走的比SoC更快更普及。

那麼SiP既然不是新技術,廠商競爭的關鍵在哪呢?筆者認為在於廠商能否拿到關鍵IC的能力,比如說iPhone 11的SiC裡包括了裝有CPU及GPU的核心SoC,以及Dram、RF元件等,而封裝廠商最重要的任務就是要能從不同的廠商分別拿到這些關鍵的IC才有辦法進行SiP的封裝。

至於拿不拿得到,除跟本身技術有關外(包含良率高低、設計能力、服務品質等),再來就是跟規模有關,需求量越大,或是越具有品牌規模的公司,往往較能拿到充足且價格較低的晶片進行封裝。

最後一道:IC測試-晶圓測試及成品測試

談完了IC封裝後,再來就是整個製程的最後一道工藝,IC測試了。IC測試主要就是對晶片上的每個晶粒進行針測,在檢測頭裝上探針(Probe)後與晶粒上的接點(Pad)接觸,測試他的電性,不合格的晶粒就會被淘汰。

而IC測試又分為晶圓測試(前段測試) 及成品測試(後段測試)。顧名思義晶圓測試就是在晶圓還沒被封裝前先測試電性是否正常,而等到通過測試的晶圓封裝完畢後再進行成品測試,測試包括功能、電性與散熱等,而通過檢測的產品最後才會被送到客戶的手中。

IC測試廠的護城河在哪?

對IC測試廠來說,其產能多寡及測試品質好壞完全依賴於經營層設備採購 (資本支出)的能力還有公司自身使用、整合各類設的能力與技術。

另外,廠商的規模大小及知名度也會影響其的客戶結構,因爲IC測試是整個製程最後的守門員,不容許出分毫的差錯,因此較大的IC設計廠如高通、聯發科等都只願意和具有一定規模且知名的IC測試廠合作,且一但合作後就不容易再變換, 合作的黏著度很高

高資本支出的門檻讓近幾年來整個IC測試業吹起了一波整併風潮,例如最有名的日月光(全球IC封測市佔率第一)和矽品(市佔第三)合併案;中國的江蘇長電(市佔第六)和新加坡的新科金朋(市佔第四)的併購案,另外還有像是規模較小的矽格併入測試廠誠遠、入股封測廠台星科(3265)等案例。

圖片
圖/ 理財果汁機

台灣的半導體產業其實是非常強的,除了巨頭台積電在全球晶圓代工市場獨霸超過50%的市佔率外,另外從上圖可知,台灣的IC封測廠在全球市場也享有超過50%的市佔率。

責任編輯:林芳如

本文授權轉載自:理財果汁機

關鍵字: #5G
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把老師傅經驗變成 AI!智穎智能讓射出機從「導航」走向「自駕」,桃園如何助攻技術落地?
把老師傅經驗變成 AI!智穎智能讓射出機從「導航」走向「自駕」,桃園如何助攻技術落地?

曾是台灣製造業重要根基的塑膠射出產業,如今正面臨人才斷層危機。尤其桃園聚集大量工業區與製造業者,老師傅退休、新人才接不上的現況,更是許多工廠正在面對的現實難題。

從汽車零組件、網通設備、醫療器材到半導體載具,許多產品都離不開射出成型。智穎智能創辦人暨執行長張詠翔指出,全球塑膠射出市場規模超過 3000 億美元,每年仍以約 3% 至 4% 的幅度成長。需求並未消失,只是製造基地從台灣、中國逐步往東南亞等地移動。但機器可以搬、訂單可以轉,老師傅數十年累積的經驗卻很難複製。

這道人才缺口,正是 2020 年成立的智穎智能切入市場的機會。團隊從桃園中原大學的研究能量出發,歷經近十年研究與工廠驗證,嘗試把老師傅腦中的射出經驗,轉化成可以計算、保存與持續學習的 AI 模型,解決產業第一線面對到的挑戰。

把老師傅經驗交給 AI,射出成型從「導航」走向「自駕」

「餐廳沒有廚師是不行的。有再好的設備,不會做的人還是會把它做失敗。」張詠翔如此比喻射出成型的技術門檻。當模具完成後,生產現場仍得依產品、材料與機台特性,調整溫度、速度、壓力、位置等條件;即使使用同一種塑料,不同產品的調整方式也可能完全不同。

而老師傅的珍貴之處,不只是記住參數,而是知道面對材料、機台與環境變化時如何修正。智穎智能要做的,就是把這些難以傳承的「火候」拆解成可以運算的製程邏輯。目前其 AI 解決方案已應用於超過 200 種材料、50 多種產品類型。

把老師傅的經驗轉化為製程邏輯後,第一步就是讓 AI 協助操作人員找到合適的成型條件。智穎智能為此開發智能成型導引系統,工廠只要輸入材料、機台規格、產品尺寸等資訊,sMolding 便能計算第一組成型參數;若試模後出現產品缺陷,再由 sTroubleshooting 提供修正建議。

用手機即可查看系統狀況
圖/ 智穎智能提供

「它就像導航。我今天告訴你要從 A 點到 B 點,但不知道路怎麼走,導航會把路徑算給你。」張詠翔說。對射出成型而言,這條「路徑」就是溫度、速度、壓力與位置等參數如何組合。以半導體載具試模為例,傳統方式需 7.5 小時,導入系統後縮短至 2 小時,材料使用量從 23 公斤降至 8.7 公斤,整體試模成本降低 64%。

但找到正確參數只是第一步,真正進入量產後,工廠面對的「路況」還會持續改變。溫溼度、材料批次與機台耗損,都可能讓原本設定好的製程條件產生偏移。智穎智能因此進一步開發 StabMolding 成型穩定模組,透過射出壓力數據持續監控品質,並依生產狀態自動補償關鍵參數。換言之,AI 不只在試模階段提供一條正確的「導航路徑」,進入量產後還能因應製程變化持續修正,進一步朝「自駕」邁進。

從產線驗證到海外布局,桃園如何助攻智穎智能跨過0到1?

但要讓 AI 真正走進工廠,智穎智能採取 SaaS 訂閱模式,將核心運算留在雲端持續學習與更新,降低中小型製造商一次投入大量資金的門檻。另一項差異則是「跨廠牌」。現實中的射出工廠往往同時擁有台灣、日本、歐洲不同品牌與年份的設備,因此智穎智能的方案既能導入既有設備,也能與射出機、控制器業者合作,在新機出廠時直接整合。「一個工廠不會只有一個廠牌,就像你家的車庫不會永遠只放同一品牌的車。」張詠翔說。

對智穎智能而言,AI 真正走進製造現場的關鍵,在於不同世代、不同品牌的設備都能導入。只是對工業 AI 而言,降低導入門檻還不夠,更關鍵的是能否取得真實產線反覆驗證。對從中原大學研究成果衍生創立的智穎智能而言,桃園不只是公司所在地,也提供了技術走向市場的第一塊試驗場。「對新創來說,第一個就是要經費、要人才、要場域,再來就是客戶與合作夥伴資源。」張詠翔說。

成立初期,團隊透過桃園市政府研發補助、新創競賽與基地進駐等資源,降低早期研發與營運負擔。更重要的是,桃園密集的製造業聚落,本身就是智穎智能最直接的潛在市場。透過市府串聯工業區與在地企業,智穎智能在創業初期接觸到位於桃園的「良器」,成為公司第一個客戶。從概念驗證、產品調整到實際導入,合作一路延續至今。對必須進入產線反覆驗證才能成熟的工業 AI 而言,第一個願意開放場域的客戶,意義遠超過第一筆營收。

如今,從桃園製造現場磨出的解決方案也開始往海外走。「日本這一次,完完全全都是桃園市政府帶著我們去做這件事情。」張詠翔表示,透過市府帶領團隊前往日本神戶,智穎智能接觸當地官方與企業資源。在市府引薦下,團隊成功對接了神戶知名加速器,更取得日方針對外資新創設立公司與拓展市場的兩階段實質補助資訊。目前團隊正籌備日本布局,為下一階段海外市場拓展做準備。

智穎智能在 TaipeiPLAS 2026 台北國際塑橡膠工業展,展示 AI 智慧製造成果,現場商洽氣氛熱烈,成功吸引產業關注。
圖/ 智穎智能提供

AI 解決「怎麼生產」後,下一步是「替誰生產」

當 AI 開始解決「怎麼生產」,張詠翔看到的下一個問題,是「替誰生產」。部分製造商提高生產效率後反過來問他,如果我的產能多了 20%,但沒有多 20% 的訂單,我何必要做那麼快?

這個問題催生了智穎智能下一階段的製造媒合平台構想。隨著供應鏈分散至不同國家,品牌要在海外重新尋找符合特定規範與製程能力的供應商,也愈來愈困難。團隊因此希望串聯既有使用 AI 方案的製造商,讓品牌端能依條件尋找供應商,也讓製造端的閒置產能有機會被看見。團隊預計 2027 年上半年推進平台服務,初期規劃串聯超過 200 家製造商與破千台機器。

從中原大學的研究,到桃園工廠提供第一個實際驗證場域;從把老師傅經驗變成 AI「導航」,再走向能自行修正製程的「自駕」,智穎智能試圖數位化的,是製造業最難被保存的資產:人的經驗。而當全球供應鏈持續移動、製造基地愈來愈分散,這套從桃園工廠磨出的 AI,下一步不只要替老師傅找到數位接班人,也要重新連結散落全球的製造能力。
而「Meet 桃園+」也期盼持續透過計畫的媒體報導與宣傳資源,將更多像智穎智能這樣扎根在地、走出海外的創業故事傳遞出去,讓外界看見桃園豐沛且具實戰力的創新動能。

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