前言

        今天非常高興有這個機會到這邊來跟各位同仁、各位同學來談談半導體產業的過去、現在與未來。那當然一個產業非常的複雜，談過去容易談，談未來很難談，那你們就姑且聽之。

半導體產業過去重要發展

        首先要談過去，這個產業跟技術是息息相關的，所以我們來看看過去五十年間半導體產業有什麼重要的里程。

 電晶體、積體電路、IC

Moor's Law

        1965年，Gordon Moore這個先生呢，就覺得才幾年怎麼這個晶片上的電晶體怎麼越來越多，而且多了很多很多。所以他就在一個Electronics雜誌上面他就寫，當然其實實際上的wording不是這樣，但是後來我們把他用比較實際上的數字來表達。所以大概是這個樣子，他就是說，這個晶片上面電路整合的密度，差不多每一年半，大概是一年到兩年這樣會差不多呈倍數的成長，意思大概是這個樣子。那麼這句話有多對有多準？等一下我們就可以看到了。這就是在1967年，做出記憶體的晶片之後，Intel在1970年，DRAM 1K，就是1K bit的DRAM，就是一千個位元的DRAM。然後我們在三十年之後，就是IBM跟Infinia合作的一個一個giga bit的DRAM，你看，三十年之間，這個是十的三次方，這個是十的九次方，相差了十的六次方。那我們在回想一下這個東西，一點五年是兩倍，三十年除以一點五年是多少？二十。二的二十次方是多少？二的十次方是1024，所以是十的三次方，二的二十次方是十的六次方，太了不起了！各位注意看這個，太了不起了，這個人為什麼這麼有名呢？他有名到不是他的物理定律，而是他做這個prediction大家聽的懂還可以做到的，因為他畫了一個實線在那邊，工程師就拼了命的把它做好，就好像跑一百公尺一樣，設定十秒鐘，人類就盡力去達成，還超越他，這就是Moore定律。

Microprocessor

        第一個microprocessor是intel在1971年做出來的，就長那個樣子，如果以現在積體電路的設計來看，他有點像那個我們在吃義大利麵，spaghetti一樣一坨一坨的。現在的設計比較不是那樣人工，比較複雜的，我們現在都是比較結構化的設計，才不會長那樣子。第一個四位元的晶片，是1970年做的，但是我們來看這個晶片他只有2300個電晶體，2002年pentium 4的時候是五千四百萬個電晶體，天阿！這不可思議。當然，微處理器跟memory的設計方法不一樣，因為微處理器是比較regular，比較能夠follow這個rule，但是這個就比較不行。但是其實也是差不多，因為intel並不是最複雜的，不管是速度還是整合度，並不是最複雜的。只是現在很多廠商都死掉了所以我們以他當例子。

半導體產業技術的進步

        不過整個半導體技術，各位如果從這個點點點，發揮一點想像空間，就可以看到，這三十年變化是非常非常快，進步非常非常的快。可以從一個半導體技術哩程來看，這個技術哩程雖然有些數字在裡面，不過這種圖呢，叫做international technology rollmap for semiconductor，這就是半導體行業裡面從大老闆到工程師都要讀的一本書。那這本書在94年把這個技術預測用紅線把他畫出來，從94年到95年把這個技術預測，以時間軸，把製程的技術，也就是feature size，也就是元件尺寸的大小，譬如說這個是零點一五微米，這個是零點五微米，再94年的時候畫一個紅線這樣，可以預測未來的元件尺寸大小會越來越小，而且趨勢是這個樣子。94年畫的時候，大家就談好，每三年來修訂一次，總不會說每年修訂，把這個技束預測寫成一本書是要花很多功夫的。所以97年大家再聚在一起的時候就畫了一個藍線，發現有人偷跑了，越往下就是技術越進步的意思。97年有人偷跑了，所以有點不大放心。99年，就等不及了，不能等下一年，就等兩年又發現又有人偷跑了，又跑的更快了。那怎麼辦呢？兩千年大家不放心，因為同業之間大概知道彼此再做什麼，所以又聚會一次，一看這不得了，進步的更快。那2001年也是進步的，那我就沒有再畫了。因為每次畫都不對，所以大致上是這個樣子。那現在已經是2004年了，我們如果以量產的技術，量產的技術跟研發的技術不大一樣，量產的技術是MPU就是micro process unit，這個是CPU，CPU是比一般的主體的技術要再快一點，我們2004年差不多是90奈米，差不多在這個地方。但是一般的CPU現在已經用到65個奈米了，這個其實是又往前進了。這個可以說是過去十年很密切的去追蹤產業技術的狀況，就會發現說那些跑的比我們還要快。那這種技術進步會造成一個產業界的現象，這個就是說他的景氣的循環，有很大的部份是來自於技術的進步，我們來看技術進步的結果，由Moore定律來看，他說每三年四倍，或者是每一年半兩倍差不多是這個樣子，那你看看結果，一個晶片上面東西越來越多，他的功能當然是越來越強大，可是你要做這個東西，那你尺寸要縮小才塞的進去，所以要讓製造的技術一樣，越做越小，要讓它變成微米。微米就是一micro就是微米，那次微米就是0.5 micro，那深次微米就是0.25微米以下，那我們現在在講奈米，就是0.1微米以下，就是90奈米，那就是了。所以製程技術再進步，那晶圓材料就是從四吋、六吋、八吋，其實不是從四吋開始的，以前從兩吋三吋都有，這個就是八吋的。現在我們在做十二吋的，當然就比它再大一半。越做越大，那麼為什麼越做越大， 因為量產的技術一樣，可以切的晶片多，所以成本降低。技術開發的結果會使得成本降低，那以memory成本來看，就有人價格很低，就可以傾銷。說是傾銷也不見得，因為他成本確實是降低了。那做不下去的就出局啦，那做的下去的話他就賺很多的錢，因為所以的PC上面的memory你看就用了多少，到處都是這種PC，他也可以刺激一些需求。廠商賺的錢他就會再投資，尤其是九零年代以後，就是台灣、韓國投入非常多，那日本逐漸撐不下去有些就不做了。那大量投資很多新的，像94、95年台灣很多新的廠商進來，一進去結果就造成了東西過剩，就是技術進步的結果會使得供給過剩，價格低落，價格會怎麼低落法呢？我們用一個例子，就是16 MB的DRAM剛出來在91年是350塊美金，到98年只剩4塊美金，現在兩塊美金都不到，現在可能賣都沒有人要買了。像現在都是256 MB，太小的就沒有人要了。所以技術進步的結果會使得價格變低，變動成本變高，那撐不下去有些廠商當然就出局了。那有些廠商生意不好，但是他覺得有希望，所以拼命的做研發。那拼命作研發這個現象尤其是在景氣不好的時候，一定要注意去看那個景氣不好的時候，景氣不好的時候很多廠商都拼命的做研發，希望景氣好的時候再扳回一成。我們在這個產業裡面，景氣就是這樣的循環的。

半導體市場成長的變化

        但念經濟的人都喜歡看幾年一個cycle，那我給各位看一下這個是半導體市場成長的變化，這就是成長率，也就是27%的成長率，這是5%的成長率，這是上去這是下來，那我們可以在市場的分析預測經常可以看到這樣的報告，就是說哪一年PC銷售的很好，半導體產業的營業額成長的非常高，37%以上，大概是1988年的時候。Internet又上來了，1989年又有一個蓬勃發展的時光，然後在2000年的時候，是手機的風行，2001年又掉下來，所以現在又在講未來，今年明年大概是百分之十幾二十幾。那我要告訴各位一個message就是說這種市場預測到底有多準呢？我們來看國際上有一個組織，叫做WSTS，就是全球半導體貿易的一個組織，那這個組織每年聚會兩次，一次在五月一次在十月，那這個組織就是各會員代表，都派出高手，就是對於市場嗅覺非常敏銳的專家大家聚會在一起，希望不要說投資過剩， 希望可以抓準一點，來調節一些功能跟準備。那這張圖底下是年，這個是全世界的產值，這三條曲線代表不同時候所做的預測，譬如說這個紅色是99年十月，99年10月的時候他們聚會一次，99年10月當年度還沒完畢，這是當年度的產值，這是一千四百九十四億美金，但是99年10月的時候還沒過完。這條是2000年的5月，就這條紅色，那這一條是2000年的10月，當2000年5月的時候，這裡是已經知道了，已經是準的了，所以這兩個會重疊在一起。那我們來看看，這個99年10月聚會的時候，預測出2000年成長率是18.7%，那2000年5月的時候就是預測這樣，那10月的時候都已經快完了，就差很多了，預測已經差很多了，就大概半年之間差距這麼大。可是呢我們在99年跟2000年的時候，其實是2000年10月，預測2001年的成長率是十幾個%或20%，可是實際上的狀況，2001年是-32%，注意喔！這是全世界的專家聚在一起做一些很離譜的預測，所以各位絕對不要太相信市場景氣的預測。在半導體裡面。

積體電路製造流程

        現在我們回到技術來，積體電路他製造過程是這個樣子的，我們把一顆一顆IC，他可能會用在手機上、用在PC上、用在各種不同的地方。所以它用功能，那功能就是設計IC，那設計公司像威盛、聯發科這種設計公司去設計。那設計完畢以後再把它轉成光罩，像照相機底片一樣，轉成光罩，就是叫光罩公司做這個事情。然後就要製造，製造現在有晶元代工，像聯電、台積電就像這種晶元製造的公司。製造公司它拿到像剛剛那個晶元，空白的晶元，這晶元是先長晶然後切成一片一片，就是那麼薄片的，所以才叫Waver，在這個上面就是按照那個光罩照片，就是一步步的去做，上百步的這樣一步一步，但是再怎麼做也是把它剛設計的電路做在這個晶元上面。那這個電路做在晶元上面是怎麼做的，就是要把這個半導體元件長在上面，長在上面還不夠還要連接線要接起來。所以我們橫切面來看的話，你會發現他是一步一步的，就是挖個洞填個土、挖個洞填個土，就是不斷的做這個事情。只是說洞要挖多大的洞，就是0.25微米就挖0.25微米，就像這麼小，0.1微米就挖0.1微米，那整個的步驟就是挖洞填土挖洞填土，然後把它封起來，做完之後就變成在晶元上面，一個一個晶片就在那上面，然後把它切開，然後封裝起來。然後測試，就是這樣子。

        但是這個步驟每個步驟他的性質都不大一樣，比如說做邏輯設計的，他對這些挖洞填土也沒什麼興趣，各位大概沒什麼興趣做那些事情吧。所以這樣有一個專業分工，那每一個行業呢，光罩有光罩公司，專業的公司就自然產生，那整個構成一個半導體產業。

Micro Processor 切面解說

        那我們來看現代這種IC，就是積體電路它有多複雜，這個已經不是很先進的，這個已經是三、四年前的一個晶片了，這是IBM的PowerPC 750這是一個micro-processor，我們把這個橫切面，買這個報告一本要好幾萬塊。他橫切面切下來呢，我們來看電晶體在哪裡，電晶體在這裡，這一個就是電晶體在這裡，一個一個電晶體在這裡，這一顆一顆電晶體，那上面呢，所有的上面的東西都是金屬導線，就是接線，因為電晶體有三隻腳，譬如說有一千萬剛剛講這個Pentium IV有五千四百萬個電晶體，那這五千四百萬要連接起來它才能夠動作。所以我們怎麼樣才能在平面上把這一大堆電晶體連接起來，這inter-connect，這是非常困難的，這是平面的，但你必需要透過立體才有辦法接啊，這一顆一顆的三隻腳呢，我們這第一層的導線，連接這裡，第二層導線第三層導線，為了不會回到剛剛我講那個spaghetti那個亂做一通的這樣子，所以我們後來的一個方式就是，這導線的方式就是水平、垂直、水平、垂直這樣子，比較規律性的去做才有辦法做這麼複雜的連接動作。所以這是第一層第二層第三層第四層這橫的，第五層就是直的，第六層、第七層這樣，現在也可以做到九層、十層的。各位看到金屬導線這個電流在這邊流，彼此之間都會有電容的效應發生，甚至頻率再高會有電感的，所以雖然我們在邏輯上看這個0101在動作，可是當頻率很高的時候這個雜訊都會出來，常常會誤動作，或是甚至設計的不好。所以我覺得computer science應該了解電性的東西。

晶片的應用

        那現在呢，這些晶片用在那裡，手機、各位的手機，這個手機大概都有一個基頻的晶片，基本的晶片各位仔細看，上面這是一個晶片，裡面有一個微控制器，micro-controller，那這個System的一些Logic在這個地方，那有類比的界面，因為要跟中頻，那手機這是頻率很高，差不多2GHz左右的信號，射頻信號進來，射頻的前端然後轉中頻，然後再進到這個基頻的部份。那這基頻的部份要跑很多軟體，micro-controller這個地方，那DSP數位信號處理的軟體，一大堆基頻在這個地方。但是類比的界面在這個地方，這個是幾乎每一個手機上都要有的一個晶片。

        藍芽晶片，藍芽晶片的這個就比較簡單一點，但是這個是射頻跟基頻整合在一起，這種晶片全部在一起，剛剛那個還沒辦法把基頻、射頻把它整合在一起，太複雜了沒有辦法。那這個藍芽就簡單多了，因為它軟體要比起手機要簡單的多，所以這邊是射頻的基頻的整合在一起，上面還有一個flash記憶體在上面。那這是我們在國內的一個廠商系統，那現在聯電是已經把它給收購了，不是收購啦就是把它給買下來了，這在兩千年已經三、四年做得複雜度最高的，整合度最高的，這個太複雜了所以就不畫了，這顆晶片裡面呢，南北橋整合在一起，各位知道北橋就是跟記憶體跟CPU北橋這個地方，做介面的，那南橋就是一些控制週邊的一些介面。南北橋電路都整合在一起，然後再加上2D、3D的圖形的加速器，所以非常複雜，有一千兩百萬個電晶體在上面，三、四年前就可以做這樣子。

        這是我們股王聯發科的光碟機晶片組，那這兩顆沒有整合在一顆，那這兩顆就好幾十億喔，這兩顆可以賣好幾十億，那光碟機的晶片它的設計，比如說你現在是DVD，那它就要同時能夠支援CD、DVD都要能同時支援，那當然倍數各方面的非常複雜的類比、數位在裡面，但是因為它非常複雜也不方便把它弄在一顆，所以就用兩顆，兩顆出現在這裡。那這一類的晶片就是現在非常普遍的叫作System on a chip，系統晶片，那系統晶片如果來看他不是很標準的定義就是說，要有一個micro-processor，DSP不見得啦，但micro-processor一定要有，那memory一定要有，然後類比的界面，然後信號處理的，數位的信號處理。那這個從硬體上看是這樣子，那多像手機的晶片，他最複雜的就是硬體它上面跑的軟體，那它的複雜度比起硬體要複雜的非常多。這種晶片就是我們現在國家矽導計劃在推動的系統晶片。

晶片產業的演進與分工

        那這樣的一個從以前的積體電路，剛才始做即使是4004那種微處理器，到後來的這種很複雜的晶片，computer上很複雜的晶片，到現在這種系統晶片，很多的設計方法理念其實是改變掉了，那它複雜度也跟過去不一樣。所以剛剛講的那個流程，那個產業結構的，現在也是根據需要而做一點改變。就像我系統應用需要有一些晶片，那就交給設計的團隊去做，設計的團隊可能是獨立的公司不一定，也可能在公司裡面自己做，然後交給晶元代工，那麼做封裝測試這樣。那設計當然要有設計的軟體工具，像CAD的tool，軟體的設計工具。那逐漸的這個叫做系統晶片太複雜了，他自己也沒有辦法做，那剛剛內部比如說那個類比的電路方塊或是記憶體的電路方塊，他獨立出來，這種就是silicon的ip，就是專業的公司就出現了。甚至他的整合也非常複雜，所以專業的設計服務公司就出現了，那專業的設計服務公司像智圓啦創意這種，就是專業的服務公司。所以這個產業結構會根據產業發展的需要它做一些改變，那在很早以前其實也沒有這種公司。而且是在一個公司裡面從頭做到尾，但是產業專業分工的結果呢結構會改變。

 未來的趨勢

        好，我把過去跟現在已經講完了，我現在講未來，那個比較容易啦，比較容易我就一下子把它講完了。各位有沒有什麼問題？關於過去到現在，未來我等一下會講，大概知道了喔。以前第一個做出電晶體第一個做出IC，然後一路發展過來現在叫做系統晶片，就這樣子，其實也沒什麼，那就挖洞填土而已。如果沒有問題那我就繼續講未來，未來是比較有趣的啦，我們可以從幾個角度來看這個未來趨勢。

        電晶體越做越小這個趨勢，我們現在已經到達90奈米，也就是叫作Nero electronics，奈米電子元件現在是面對這個，那這個方向持續在走的，只是說我們會碰到什麼問題而已，另外就是一顆一顆電晶體我們持續去應用它，就是把它整合起來做成IC，那麼這種電路整合的工作就是現在最多的資源是放在這個地方，設計這種應用這種，那麼我們怎麼樣在晶片上面放更多功能的元件上去，這有兩個方式，一種就是剛剛講的System on a chip，系統整合晶片，另外一個方式就是用packaging的方式，到最後用系統整合封裝的技術，packaging的方式，不是晶片的，是晶片跟晶片之間的。那還有一個趨勢就是尋求新的應用、機會，然後他再技術，那這裡面我們也看到微機電的技術，就是MEMS，micro electronic mechanical system，簡稱是MEMS，有生物晶片、或是有機電晶體的，我們也會給各位看一個，還有其它沒想到的，就是我也不知道它以後會是什麼樣子的。

奈米電子元件技術

        我們一個一個來看，我們先來看奈米電子的技術，我剛剛說，電晶體的三根腳，(指出三根腳的位置)那這個腳(gate)，控制端，電流在中間流，加電壓去控制電流的大小，那中間有一個絕緣層，這絕緣層是非常了不起的，如果沒有絕緣層，這中間一通就互動過頭了。這電晶體結構是這樣子的，那它一直縮小會有什麼樣的問題，首先來看這個絕緣層。在物理裡面有一個叫量子力學，量子力學不管唸得如何，都知道有量子效應。絕緣層並非真的絕緣，電子流是看機率是否會通過絕緣層，絕緣層愈小，機率愈高，也就是所謂的漏電流，絕緣層愈小，漏電流愈嚴重。所以看看現在愈高級的PC，notebook也好，desktop也好，你沒有在做的時候，漏電流愈多，熱熱的很燙很討厭。漏電流的解決方法有一個解決方法，就是改變這個材料，SIO2為現在絕緣層用了二十多年的材料。要換新材料碰到一堆的問題。所以現在還沒有新材料，目前研究持續在做。另一個解決方式是工作電壓，現在一般用的IC，看哪一類的IC，一般工作電壓是5V，後來到3.3V或3V、0.18微米(數位邏輯晶片)的時候是1.8V、0.13微米約為1.3V，90奈米是1V左右，可是電晶體要讓它動作，必須有個起始電壓，起始電壓至少是0.5V左右，所以你可以降的空間很有限，現在到了90奈米，只剩下0.5V可以用，0.5V可以做的事情就不多了，因為你要處理那個信號，到時候會沒有電可以用，因為全部的電壓幾乎都拿來讓電晶體啟動的事情，所以性能會不夠。第三個是通道的長度，你愈做愈小，當然通道長度就愈短，兩邊電壓一加，電場非常的大，電場等於電壓是除以距離，電場一大元件會崩潰。元件會壞掉，當然，你要做的不容易，因為微影的技術沒辦法，光學技術沒辦法做那麼小。

微影技術     

        所以現在才有微影技術，台積電都在做這個。那我們現在要做到很小的元件，光學技術就要做到這個地方，材料就是一個問題。我們現在最先進的微影設備，叫做193的，193的奈米波長微影設備，193的前一代叫做248，248奈米波長的元件本來設計是要給0.25微米用的，大概換算一下，193是要設計給0.18微米用的，那當然人類很聰明，想辦法把它做到90奈米，想辦法延長它，可是再下來叫做157，157做不出來，因為太難了。所以才有不同的技術，台積電叫做193奈米微影濕浸式技術(Liquid Immersion)的，用水，因為水可以放大，所以有些技巧在裡楮那這個設備是非常的昂貴的，我們工研院當初買了一台248，我們秘書還問我說這麼貴，我們這麼有錢，怎麼不把錢存到銀行裡而買這個設備，那個設備是一億五仟萬，那現在就是台灣最老的設備目前在我們研究所裡面，193的要四億多，而157則是還沒有報價，因為尚未實做出來(笑)，這非常的昂貴，這就是為什麼我們十二吋的晶圓廠，一個晶圓廠差不多要九百億的投資額，主要都是在設備的，好啦，所以這些困難的問題就留給半導體產業研發人員去面對。

        那在這方面，一方面原廠的CMOS壽命，壽命就是讓元件愈做愈小，因為它可以整合的東西多，這要持續做。那目的就是讓我們要整合的時候製程的成本一定要降低。尤其那個剛剛不是看到一大堆的記憶體晶片在電路上面，因為做很多事情要在memory上面，這種就有所謂的M-RAM(磁性記憶體)像這種技術。這種技術說不定過一陣子會看到新聞稿，那就是我們工研院電子所和台積電一起開發的MRAM的技術，這種非揮發性的就像Flash一樣，其實非常慢，連拇指碟(大拇哥)這種Flash，那Flash速度很慢，所以在晶片上面，它是很有限的。

奈米碳管

        (換到奈米碳管投影片)那這是非常前瞻性的分子電子電路，那是什麼東西呢？奈米碳管(Carbon nano tube)電晶體，這只是一個例子，還有其它的東西。我舉出一個例子給大家看，這個是產業界可能花了百分之九十幾的力氣都在做這個事情，因為跟它息息相關。這都丟在他們的RoadMap上面的，主要的技術都在這個地方，那這個呢，讓一些科學家跟一些研究機構，多做一些這個非常未來的東西，這是什麼樣子呢，我給各位看看奈米碳管，這就是奈米碳管。這是碳原子，碳原子這樣接起來，很長的一根，有人說如果從地球上要做一個不會斷的梯子到月球上，那就是奈米碳管。他才有這麼強勁的一個韌性。要不然會斷掉，奈米碳管直徑差不多一、兩個奈米，跟頭髮比起來，頭髮有六十個微米，頭髮與奈米碳管相差約一千倍以上，所以奈米碳管是非常非常小的。那麼這種碳管呢，現在最小的元件在量產技術約是90奈米，差不多是奈米碳管的100倍，兩個order，所以這就是比現在還要再小1/100，可不可以做成電晶體，可以。這是剛剛講的，有三根腳，這一根腳，這第二根腳，那gate在哪裡，如果我們這樣子來看，這個是奈米碳管，我們把它當做電子可以在上面移動的channel，就是電流在上面流，這一根腳，這另一根腳，底下呢就是gate，這是絕緣體，控制電壓在這裡，這就是一個電晶體，那電晶體怎麼做，這電極在這個地方，拿一根奈米碳管放上去，凡德瓦力就這樣接起來，就便為一個電晶體，實驗室就可以做，可以做，這沒有問題，這樣就太好了，還不行(笑)，要實用的話，我估計至少要十年，為什麼，回想剛剛那個IC，IC非常複雜，一大堆電晶體在底下，接線非常複雜，可是它(奈米碳管)不知道怎麼接線，那這個(奈米碳管)太小了，對奈米碳管來說，接線的接頭都太大了，那怎麼接線，更何況，這奈米碳管在成長過程當中，是亂長一通。它很多種成長，它成長原先的樣子並非是投影片中的一條直線，而是長成一陀，一堆。然後不聽話，你要它長在這裡，他不一定長在這裡，我們沒有辦法控制，你要去克服好幾個技術，好比說，我要很精確的在這個地方長一根，而且要乖乖的九十度的，第二根長在這裡，距離多大這樣子，然後之後還要弄起來一根一根連接起來。這個是我估計十年內做不到的技術。所以這是科學家做研究的。

Q(連老師)：那個請問一下碳管是怎麼長的？結晶嗎？還是？

A(徐副院長)：他有很多種方式，不是結晶的，他有電弧的方式，有一些材料，很複雜的，所以奈米碳管非常貴，一小瓶要十幾萬塊

Q(連老師)：跟鑽石比呢？

A(徐副院長)：那鑽石比它貴。鑽石外面都買得到的，只是很小顆就是了。

系統整合封裝(System on a Package)

        好，那我們來看，剛剛已經把奈米電子講完了，順便呢，系統晶片也講完了，我現在來講系統整合封裝。在談系統整合封裝，我們還是給各位看一下股王聯發科的產品，這是一個DVD-ROM的電路板，它的IC放在這裡，仔細一看，這是什麼，這是電容，這些長得像小豆豆的東西，有電容、電感，這些被動元件，將被動元件放到IC裡面呢，是非常困難的，因為製程條件一些材料的關係，你如果一定要放在上面的話，可能這面積是好幾倍都不夠，但是如果你做成小豆豆的話，就不同的材料放在外面很好長，這是被動元件，放不進去裡面，那這是一個，另外呢，那旁邊會動的元件怎麼辦呢？IC沒那麼厲害，有些東西就是做不進去，所以我們要談封裝的技術，也就是packeting的技術，那packeting的技術呢，我們現在談的就叫做系統整合封裝，因為終究我們電腦要用的是一個大的電路板，上面一大堆的元件弄在一起，不是只看一個IC，多個晶片還有被動元件把它放在一個模組裡面，這就是封裝的技術。

        有好幾種，一種就是set-by，就是一顆一顆晶片把它疊在上面，這是接線接出來，這是一種．我們現在國內大概可以做到三層，國際上是四層，這是可以做到的。 然後或者是說封好再疊起來的，這也是一個方式。還有一個是整合的模組，用PC板或是LPCC的模組，那麼這個等一下我會挑細節來說明。還有一種是幾年前在做，但是很貴的，就是多晶片的模組，就是一顆一顆晶片，在還沒有封裝之前，去把它弄在一個機板上面，但是它的製程條件比較複雜一點，就是很多種形式在裡面，原因就是說我們有太多的被動元件在裡面必須要整合進去。

低溫共燒陶瓷

        那我們來看，這就是國內現在已經有廠商可以量產這種晶片，叫做低溫共燒陶瓷。那麼這種技術就是有一個晶片，這是高頻的晶片，那旁邊一大堆被動元件，從電路上來看，就是可以畫出電容、電感啦，我們再根據他的特性呢，就把這電路分層，就是哪些性質比較靠近的，我們就是包在一個陶瓷板上面，再一層一層地燒好，然後疊在一起，那疊在一起當然就是接線，要把它接在一起，就是用這種方式。那高頻的特性蠻好的，不過你從這個製造的過程你可以看到，他大概蠻貴的。我們像這種一層一層的表面連結的技術把它接線接起來，那這個整合是在這上面的，可以看到他這個體積會小很多，非常精簡的，這技術已經算是成熟的技術。

功能性的機板(functional sub)

       那麼另外一種技術呢，就是我們要談的，就像各位看到PC板上，就是電路板，就是剛剛聯發科那個綠色電路板，電路板呢，我們在學校，不知道各位有沒有這種課，就是電工實驗的課。在電路板上面電路繞一繞，有簡單的單層板，IC在上面挖個洞接線這樣子，那後來有多層板，這多層就是剛剛那個積體電路那個元件一樣，這個腳要接到某一個地方去，透過底下的這種線，這種中間的層去連接，然後增層板，就是這個以前多層板不夠密，所以後來增層板加了一些東西，也是讓它更密的東西，那最近的一個趨勢就是叫做功能性的機板(functional sub)，這功能性就是有電路功能的機板，電路功能就是把被動元件做到裡面去，就是IC呢，也可以做到裡面，那就是被動元件跟主動元件都已經在裡面，所以主動元件就是電晶體，積體電路就是主動元件，所以我們來看看怎麼做這個事情。好，我們來看，我們把它橫切面看，這個功能性機板是長什麼樣子，這就是PC板，PC板把它橫切面，這就是FR-4的這個板子，那中間呢，有時候我要做電容，電容其實就是兩個電極之間，中間加個絕緣層介電質的材料，就是一個電容，所以用這種方式把它做進去，那電阻也可以做得出來，當然就是在做板子的過程中就把這材料做在裡面，這就是功能性的機板，那電感呢，基本上繞起來就是電感，有這種形式的，也有穿插的，很多種不同的電感的形式，都可以做。那用這樣的方式我們就可以做出功能性的機板。

立體封裝

         那功能性的機板它有什麼好處，譬如說，原來是一個IC，旁邊有一些被動元件。我們把殼把它拆掉，不要封裝，用點膠把它保護起來，被動元件有些埋到裡面去，由於技術的關係，有些還是做不進去，太大的電容放不進去，還是得長在外面，那多長一些，他的體積就會再小一點，那高頻特性這沒有什麼問題，像這種一些濾波器都可以設計進去。我剛才提到這個關於立體的封裝，所以我們剛剛談這個摩爾定律(Moore’s Law)，摩爾定律就是把在一個平面的範圍裡面，把電晶體的密度增加，也就是說面積要縮小，密度才可以增加，那如果我們不在平面上做的話，在立體上，往立體空間上去可不可以呢，是可以的。疊起來不就是兩倍的面積了，這密度自然就兩倍了，這個就是立體的封裝，一片疊一片這樣子疊起來，但是呢，這個疊的這個就要鑽孔，我們現在這個孔沒有這麼小，沒有那麼小的鑽子可以鑽，所以圖上的孔都算是太大的，比較成熟的做法就是像這樣子，這已經封好的一個接一個把它疊起來，那現在手機上面各位如果有手機把它打開過的話，你會發現有一個記憶體的模組，上面一定有一個Flash跟一個Memory的晶片是放在一起的，就像這種方式放在一起的，那麼這就是立體的封裝，那如果再做小一點的話，就是晶片把它堆疊起來，假設這個孔可以把它鑽到很小，假設一微米左右的話，那真的是立體的結構就出來了，這方面一直在進步 。這就是我剛講的一個晶片一個晶片把它疊起來，但是呢，這個鑽孔要跟元件也就是電晶體類似的大小，那著個就是成功的。但目前還沒到這樣的技術，它差不多是幾倍這樣子。那這類立體的封裝結果，會使得我們將來的系統的電路，它其實不是系統晶片所組成的，而是系統封裝的結果。它可能有些晶片是這樣疊起來的，可是呢，它還有些被動元件，它可能會長在裡面，有些可能堆疊在上面，最後整個封裝起來之後，我們其實看不到裡面是幾顆晶片，但是絕對不要相信說，一個晶片裡面把他所有的電路都整合進去，我覺得那個是不大可能的，全部數位電路是可以啦，但是你要在系統程式的話，那些被動元件，電容、電桿是放不進去的。

Q(連老師)：可不可以先請教一下，這些晶片這樣疊起來，散熱的問題要怎麼解決？

A(徐副院長)：散熱的問題，對，這是高手問的問題，一個晶片跟一個晶片之間，要放散熱膠在這裡，塗上白色的散熱膠，但是常常是不夠的，所以這些地方，散熱還有它在散熱的過程中它會變形，因為這是晶片，它材料會使得它熱漲冷縮，會有這樣的效應，所以還有蠻多的技術要去克服的。

微機電技術(Micro Electrical Mechanical System)

        接下來，我講些其他的應用，講微機電的技術。微機電的技術，剛剛有講，它叫做"Micro Electrical Mechanical System"，微機，其實應該較微電機，不過機械的聽到不高興，所以叫微機電，我們以為它是電機，其實不是喔，這是機械的東西，那微機電的來源是說，如果我們要用微電子的技術去做會動的元件那怎麼做，這就是微機電的基礎。比如說印表機上的噴墨頭，這是很長的一個管子，那一般的半導體技術沒辦法挖這麼深，那就要用微機電，比較機械的方式挖那麼深的洞，那或者是說會動的元件，例如藥物釋放，藥物釋放有生物晶片放在身體裡面，它在一定的時間裡面，它中間的筏會打開，藥就會跑出來，有比如說瓦斯表，瓦斯的偵測一氧化碳的偵測，一些感測器，那這種感測器跟我們一般IC積體電路製程不大一樣，那這就是微機電的技術，又或者是光的switch，有一種投影機叫做DLP的，DLP的技術就是用一大堆的鏡面，用半導體的技術作出一個個光學鏡面，那這些一大堆的鏡面，用訊號去控制它讓它能轉向，控制這個影像的品質。那我舉一個例子讓各位看的清楚一點，這例子是IBM的一個storage的一個晶片，這晶片是長這個樣子，中間用放大鏡看，可以看到每一個array，那這個在放大會看到這樣，那這個就是加電壓會上下的動，中間有一個尖尖的，它會上下動，差不多300個nanometer，那這個尖頭呢，如果通過電流的話會發熱，這個尖頭如果動起來的話，底下的塑膠板會被壓一個個洞，會融化掉，如果給他訊號的話，要燒進去燒0101就會長那個樣子，那讀的時候當然會加熱，讀出訊號，那這個就是完全用半導體微機電的方式做出來的，那它有一個名字，就叫mini pede，mini pede就像是蜈蚣那種百足蟲，很像吧！好那我再講一個生物晶片，生物晶片當然是很熱門的，我們來看看它到底是什麼樣的機制，舉個例子像是"酵素免疫分析"，這是檢測C型肝炎的，如果有C肝這種病，病人的血清裡就有抗體，怎麼做呢，首先，在這個基板上面先把忼原長在上面，這是可以合成然後長上去，控制得非常好，當然這些是要經過一些處理，把它清乾淨，然後它像樹一樣一棵棵長在上面，然後把C肝病人的血清滴上去，如果它有C肝的話它會有個分子結構跟它接在一起，如果沒有抗體的話自然就沒有這個東西，如果有的話就會有一個抗體跟它接在一起，然後我們在把它清洗掉，如果是C肝的病人那這個就存在了，然後呢，我們再把二次的抗體再把它給倒進去，如果有這個的話，那抗體就會跟它接在一起，那如果沒有的話自然接不住，洗掉就沒有了，這時候我們就用呈色器來檢測，所以這種晶片是一個步驟一個步驟緊接著的，中間不能有漏氣地、很小心地一步步用這種方式，這是我們在工研院裡面做的，一個一個倒在這裡面，用重力的方式，然後再用電路去分析。

電子鼻

        這是一個例子叫做電子鼻，電子鼻是模仿人類的鼻子，據中醫說，生病的人呼吸有味道，不同的並會有不同的味道，比如肝病的人他會有像老鼠死掉的臭味，如果是很嚴重的糖尿病病人，會有像水果香的味道，所以螞蟻喜歡吃喔，那我們在幾年前就嘗試去做出這樣的東西，重要的是去分析病人呼出來的味道 ，也就是氣體分子，去分析氣體分子，把它的結構找出來，然後把一些感側器設在上面，這感測器不能只有一個，它會有不同的感測器，因為它要將不同的氣體分子接起來，如果圖形都對了才能辨認出什麼病，然後後面揪是一些電子電路去做識別，這秀是一個展示品，呼一口氣它就會告訴你，這個在工研院就有，對象是針對尿毒症的病人。

玻璃基材電子產品

        再講一個有機的電晶體，我們先來看TFTLCD，就是notebook上的這個顯示器，它的原理很簡單，玻璃之間有個電晶體，這電晶體會控制液晶，liquid crystal是個分子，如果加電壓在分子上它會站起來或是躺下去或是一半這樣子，段看電壓多大，整個的控制就是靠旁邊的電晶體，這電晶體跟我們之前談的不大一樣，它是在玻璃上面的，那這種電晶體的做法就不大一樣，因為玻璃不能太高溫不然會融化掉，那它站起來或躺下去加上這濾光片，躺下去就全部蓋住了被光源就會看不到就會變黑的，如果透光的話，紅色光就看到紅色、黃色光就看到黃色，原理很簡單，那麼這種技術完全是在玻璃上面，那我們很希望這顯示器輕一點薄一點軟一點，所以嘗試把TFTLCD做很薄，那玻璃有個好處就是你做得越薄它的重量就越輕，所以攜帶起來非常方便，但是在怎麼說它還是玻璃的，玻璃的壞處就是會破，但是我們也要注意到一個趨勢，就是剛剛講的晶片，這晶片面積是很小的，你如果書要把電路做在大面積上面，那這個電路就很難做了，所以怎麼做呢，就把他做在玻璃上面，因為玻璃大有便宜，所以就有人做了個研究，他把Z80，Z80是早期20年前我們在唸書的時候，那個電工實驗都是用Z80，8位元的微處理器，它直接做在玻璃基板上，那這個挑戰就是它這個電晶體速度要夠快，因為你在玻璃基板上做不像在矽半導體上，矽半導體這種電晶體它的電子遷移速度很快，但是在玻璃上面就不是了，用放大鏡去觀看玻璃，它裡面的結構亂七八糟的，不像silicon那樣長晶長的非常整齊，讓電子在裡面幾乎是通行無阻，那玻璃是亂七八糟的所以電子跑起來很慢，所以要做在玻璃上面，你要做很多處理的技術，現在呢，已經可以把8位元的處理器長在玻璃基板上，所以已經往前跨一大步，不過還不夠，這個是已經是demo可以做出來的，3MHz5伏可以做出來，6個CPU在這個地方，那這個就真的是軟的，這是flexible的display，那這種就跟玻璃紙那麼薄的東西而且上面是可以有彩色的，現在還不到量產的階段，不過實驗室都已經可以做出來了，那有些概念性的產品都可以做到，比如杜邦的手機，注意這是塑膠基材的，塑膠就不怕摔，當然它的性能就差一點，不過應該是夠用的，不在上面看電影都沒什麼問題，那這個是完全不同的技術，是flexible的display，那電子書以後就是download下來，看完就delete掉。

塑膠基材電晶體製作方法

        那我接下來談的就是，我們如果要在塑膠基材的，就是把電晶體完全用塑膠的材料去做的話要怎麼做?那這就是有機的電晶體，有機的電晶體從剛才那個角度來看，結構是一樣的都是三根腳，只是說這個材料不是矽半導體，完全是用有機的，那這種電晶體有一種好處，假設能夠找到這樣的材料去做的話就是這個樣子，小分子的分子比較小，高分子的分子比較大，那一般的塑膠就是高分子，不同的特性有不同的製造方法，不過呢用這樣的材料，我們的電晶體是這樣製造的，注意我們剛剛畫了一個製造流程，挖洞填土挖洞填土，這個不是挖洞填土，我們要把剛才那幾層材料長在上面，我們用印刷的，這是一個printer，像印表機那樣的printer，你把這個材料比如說這是一個塑膠的機版,把它先長gate就是控制層把它噴再上面，或者是用印的，這叫接觸式的印刷機(contact printer)印在上面，我們也可以做完之後再長絕緣層，絕緣層我們用spring coding 或contact printer這種方式去做，一層一層的長，一層一層的壓，那半導體層也是一樣，不同的材料不同的製作方法，或是兩邊的接腳這樣子，或是用screen printer，軟印式的，最後這個電晶體做完了，完全用printing的方式印刷的，注意喔，這個製程就不再送到台積電，聯電去做，那這種IC做出來會是什麼樣子，就是這樣子(拿出成品)，這樣上面一大堆的電晶體是用printing的方式做的，只是說它的性能，電晶體的速度不夠快，所以它的顯示器比較醜一點，前一陣子蔡政務委員到我們那邊，我說我帶你看的最高科技的東西，他說怎麼那麼醜，我說沒有錯就是這個東西，用printing 用organic的transistor做出來的東西就是這個樣子，很醜喔，不過我們未來就是做這種，做display其實是一個下策，因為人的眼睛很厲害，要看漂亮的東西，可是像是大面積的IC用silicon沒辦法做那就用printing的方式去做，比如說電子標籤或是像太陽能電池，一大堆貼在牆壁上要發電，這一類的應用，我可把這種技術叫做flexible electric的，是未來跟silicon的技術相當不一樣的，成本非常低，設計公司就是在家裡有一個printer去印晶片，當然設計技術當然要好，但設計技術也是現在不存在的，因為device才在剛開始開發，那第二個技術就是有silicon的技術有flexible的技術和有packaging的技術結合起來，有無所不在的半導體技術，這是手錶，貼在上面就是隨身貼，那這個ok棒告訴你說時間到了應該換，家裡的電器如鍋子，貼上去它會提醒你溫度到了該關掉了，當然這要感測器的技術在上面，而另一個應用如，逛街時所用的購物袋，應用printing技術可以變的便宜，設計公司可以跟廣告公司合作在袋子上做這種廣告。

半導體產業轉移至亞洲

        最後我要提醒各位，整個國際的半導體產業重心已經移到亞洲來了，從這個圖來看，這邊是美國市場，這是歐洲的市場，黃色的是日本，這是亞太地區，兩千年的時候美國還是最大的，兩千零一年的亞洲(包含了亞太和日本)，一般來說亞太地區是不包含日本(因為日本市場很大，所以我們習慣性的把它分開)，亞太地區通常指的是韓國，台灣，新加坡，大陸等，兩千零二年這是亞太你看，兩千零三年也就是去年，就超過了，所以我們亞洲地區，也就是亞太地區加日本，早就超過60%了，這就是為什麼整的產業的重要性在亞洲會，現在歐美看亞洲，不光是人口的壓力，整個市場的壓力他們已經看到，這就是為什麼整個亞洲國際上會越來越重視，那我們呢因為有這個產業的基礎在，所以更要去正視這個產業的發展，以上就是我今天演講，謝謝。

 Q&A 

連老師:請問微機電也是用蝕刻的方式去做嗎，怎樣鑽到底下去?

徐副院長:

也是用蝕刻的但是是不同的設備(那怎麼樣鑽到底下去)就是用icd的技術，可以打的很深

連老師:那馬達的軸承那些東西也是嗎?

徐副院長:

那不大一樣，那是一層接一層這樣子的，當然不是high power的馬達，是微小馬達就可以。

劉老師:您大概介紹那個系統晶片和系統封裝，看起來像是兩樣在競爭的技術，所以您個人的感覺是系統晶片那邊困難度會比較高一點

徐副院長:

對..也比較貴，但是呢但比如圖形加速器跟memory的介面，他要存取很多很多很快速的，像那種應用的話，記憶體最好做在晶片上面，但除此之外，很少應用需要把memory直接做在晶片上面，所以還是用兩顆比較便宜，因為單獨的技術，比如說類比的，類比的製成條件跟數位式不大一樣，類比的製程條件不需要.13微米.18它就做到非常好的，電晶體大一點比較好設計，所以製成條件不一樣，太妥協的話soc技術就會非常的貴，但還是看應用啦。

劉老師:那系統那邊好像介紹了幾種不同的技術，像低溫陶瓷共燒或者是立體的封裝堆疊，這種也是平行在互相競爭的技術嗎?

徐副院長:

對…但它有時候也不見得叫競爭，它會有它的互補性存在，那如果我們太強調，像矽島計畫我常常去告訴他們，不要太強調系統整合晶片，它是一個重要的趨勢，不過很多沒有經驗的工程師，他以為就是這個樣子，那是錯的，因為做起來可以像剛剛那個矽統的晶片，sis他整合出來的整合度非常高，但是在市場上賣的並不好，良率也是困難，那從應用角度上來看，使用者有時候會搭配不同架構的時候會失去它的彈性。

沈老師:兩岸上在半導體製程或設計上的未來來看差距有多大，另外來說以資訊這邊的學生在半導體的產業裡面扮演怎麼樣的角色，

徐副院長:

第一個問題其實說難也是蠻難的，說簡單也是蠻容易回答的，因為它就是有個幾年的gap在那邊，那我們如果回顧過去.13微米的製程開發的時候，它的研發時程已經是遠大於.18的，一個世代在一個世代難度越來越高，所以我們再賽跑的時候，雖然很靠近前面，可是那個是好像永遠追不上的那個感覺會一直持續存在的。對，班上有沒有第一名的，老是追不上它，雖然差幾分而已，你要超越他我想是很困難的

連老師:請問製程的技術是我們自己設計的，還是引進的

徐副院長:

因為半導體產業技術已經是發展非常久了，我們有時候談引進技術，要講清楚這是什麼意思，比如果說我們要蓋一個廠從日本整廠引進技術從製造設計通通引進，可是有些技術在人身上，我們從國外找一個專家回來那算不算引進技術，它來這個地方做，因為它懂，他有些過去在某家公司做的在國外做的，他用一些不同的方式把它避掉，因為它自己做的自己知道哪裡好等，自己寫程式一定知道bug在哪裡，所以把他給避掉，當然他佔了些便宜，那這不完全是技術引進來，那我們過去就是仰賴很多從國外回來的人，從某個角度來看確實是技術引進，引進這些人才就引進了技術，但是是不是要花很多錢去建立這個技術到不見得，只是說當我們現在走到90奈米的時候，你能夠引進這種技術的大概不多啦，因為大家都是同樣的情況。

連老師:所以等於說，大陸那邊如果要趕的話，也沒有人可以引進

徐副院長:

沒有，如果你現在是在追趕的話還有很多人，.18的.13的，但最leading的沒有，我們現在跑的最前面的大概就是台積電了，他自己建立，因為那邊是沒有成熟的技術可以引進了，大家都是一樣的。好那第二個問題，我們computer science學生在這個產業，一個設計當然是絕對可以做的，有一些好的想法，甚至不見得要很偉大，像我們電子雞，那就完全是邏輯設計的，這些設計公司，只要你知道algorithm怎麼做它就知道怎麼設計了，另外一個就是所以有製造業裡面，半導體也好display也好它的工廠裡面有一大堆的設備，它的equipment automation 深深影響到怎麼做scheduling 良率的控制，那個地方是要科班的computer science的學生才有辦法去做的，非常複雜的software，

學生A:請問一下半導體cost down的理由是什麼，怎樣才能讓它cost down下來，像是光碟機或燒錄器，短期內可以降麼多，那一定是晶片降了，那他降價的理由是什麼?

徐副院長:

他降價的理由就是，我們在市場上假如說只有我一家公司，那價格隨便你定，定到就是說想買的人雖然有點痛但是還是得買，但第二個競爭者出來的時候就不大一樣了，價格你就沒辦法定了，但是再怎麼說你可以賣出去的有一定的利潤在裡面，所以我們降價跟成本呢，是不是有絕對的關係存在，這不一定的，每一家公司的成本結構不大一樣，但是降價空間永遠是有的，但你談到光碟機cost down，cost down是成本的降還是市場售價的降(成本的降)，那成本的降當然有很多地方，比如說你是做光碟機的還是晶片的，每一個不同的廠商它的成本結構不大一樣，那以國際上比較領導的廠商，日本的廠商來看的話，他研發的經費非常的高，你在後面的廠商，只要你會組裝起來，前面的研發的地方都不需要擔心，從定標準等都不用擔心，因為你的成本結構自然比較低，但是你的利潤空間也比它少很多，量產規模也是有關的，良率也有關的，你良率多少那是差非常多的，這些都是反映在你的成本上面。

學生B:我想請問目前的生物晶片壽命大概多久，可以承受多少次的測試?

徐副院長:

生物晶片種類非常非常的多，有些是用完就丟的，他不會要你用很久，所以從晶片的角度他希望你用量越大越好，你丟的速度越快越好，那你用多久可能不是一個重要的考量，但是他多準多有效可能是個重要的考量，每一種東西不一樣，我們做晶片的人最不希望大家重複使用，但是如果是放在身體裡面植入式的至少用半年以上，你不能一天到晚開刀。