物联网浪潮来袭 半导体迎接新市场NEXT Big Thing

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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慧装置,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)与单晶片处理器,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%。

  随着智慧型手机成长趋缓,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奈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慧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)晶片解决方案。

  在此合作案中,台积电提供55奈米超低耗电制程(55ULP)、40 奈米超低耗电制程(40ULP)、28奈米高效能精简型强效版制程(28HPC+)、以及16奈米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慧型物联网及穿戴式产品,主要诉求就是物联网晶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奈米制程进攻新市场,包括先进驾驶辅助系统(ADAS)等车联网晶片,以及即将在未来几年蔚为主流的物联网应用晶片等。

  八寸晶圆及特殊制程 重获市场商机

  整体来看,除了某些物联网晶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,有不少晶片会使用大于90奈米的制程生产,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,晶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,切割晶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。

 

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