SEMICON Taiwan： 供應(yīng)鏈成員齊聚　半導(dǎo)體設(shè)備/材料新方案競出

中國臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的年度盛事SEMICON Taiwan 2022順利落幕，今年展會共有700家國內(nèi)外廠商參與，使用了2,450個展覽攤位，更有超過5萬名專業(yè)人士參展。由于參展需求十分熱烈，歷年來都只使用南港展覽館一館作為主展場的SEMICON Taiwan，已有場地供不應(yīng)求的情況出現(xiàn)。因此，據(jù)主辦單位內(nèi)部人士透露，2023年的SEMICON Taiwan很可能將進一步擴張到二館，成為規(guī)模直追臺北國際電腦展(COMPUTEX)的超大型專業(yè)展。

除了展覽規(guī)模破紀錄之外，今年的SEMICON Taiwan還有個值得一提的現(xiàn)象–國外來臺參展人士的數(shù)量，比過去兩年疫情期間明顯增加許多。除了來自歐美的參展者明顯增加外，來自日本、新加坡的參展者也多了不少。即便中國臺灣還沒完全解封，外國訪客入臺仍需執(zhí)行3+4隔離檢疫，但顯然中國臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的商機，讓這些外籍人士即便要忍受些許不便，還是愿意來臺面對面拜訪客戶。

那麼，在這次半導(dǎo)體展期間，設(shè)備/材料業(yè)者端出了哪些新方案來協(xié)助半導(dǎo)體製造業(yè)應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)呢？以下就是本刊的整理報導(dǎo)。

回應(yīng)先進制程挑戰(zhàn)　漢高主動出擊

在本屆SEMICON期間，膠材廠漢高(Henkel)針對先進封裝應(yīng)用，發(fā)表了最新的半導(dǎo)體級底部填充膠(CUF)Loctite Eccobond UF 9000AG，可提供強大的互連保護以及量產(chǎn)製造兼容性，賦能先進覆晶晶片的整合。

漢高在先進晶片技術(shù)的預(yù)涂膠水與膠膜底部填充材料領(lǐng)域發(fā)展已相當純熟，而此次發(fā)展更拓展?jié)h高在先進覆晶封裝領(lǐng)域的后涂底部填充產(chǎn)品組合。除了推出新品外，漢高也改變了既有的客戶合作模式，因而從單純的膠材供應(yīng)商，轉(zhuǎn)變成與客戶進行深度合作，為先進製程挑戰(zhàn)提供客製化解決方案的合作伙伴。

漢高日本與中國臺灣區(qū)電子事業(yè)部副總裁栗山健治(圖1)表示，Loctite Eccobond UF 9000AG是一款突破傳統(tǒng)配方框架，在高填料填充量與快速流動特性之間取得平衡的底部填充膠，可滿足下一代半導(dǎo)體元件封裝對于可靠性與體積的極致需求。該產(chǎn)品目前已經(jīng)在最新可量產(chǎn)製造的製程環(huán)境中獲得驗證，包含5G晶片、資料中心所使用的高效能運算晶片以及記憶體，都是UF 9000AG鎖定的應(yīng)用目標。

圖1　漢高日本與中國臺灣區(qū)電子事業(yè)部副總裁栗山健治指出，為協(xié)助半導(dǎo)體業(yè)者應(yīng)對先進製程帶來的挑戰(zhàn)，材料廠商可採取更主動的作為

值得一提的是，傳統(tǒng)上CUF這類產(chǎn)品都是以專業(yè)封測廠(OSAT)為主要客戶族群，但漢高在9000AG的推廣上，採取直接面對IC設(shè)計客戶的新作法。漢高主動出擊，與中國臺灣某家開發(fā)5G晶片的IC設(shè)計公司接觸，了解其使用最先進製程的IC產(chǎn)品對CUF的需求后，發(fā)現(xiàn)市面上現(xiàn)有的CUF無法滿足最先進製程對應(yīng)力的嚴格要求，因此在漢高與該IC設(shè)計公司的聯(lián)合主導(dǎo)下，邀集半導(dǎo)體製造價值鏈中的其他成員共同進行評估，最后決定在新款5G晶片的封裝上導(dǎo)入9000AG。這項新作法也讓漢高從單純的材料供應(yīng)商，轉(zhuǎn)變成價值鏈中的合作伙伴。

栗山健治指出，這個案例也顯示，為了應(yīng)對先進製程所帶來的挑戰(zhàn)，材料供應(yīng)商與價值鏈中的其他成員必須在產(chǎn)品研發(fā)的早期就展開深度合作，開發(fā)客製化的新產(chǎn)品來滿足特定客戶/應(yīng)用的需求，而非被動地等待客戶提出需求后，再開發(fā)出對應(yīng)的標準產(chǎn)品。事實上，9000AG也只是一個產(chǎn)品的品名，漢高實際出貨給客戶的9000AG，有很大一部分會是在標準品的基礎(chǔ)上進行過各種微調(diào)的客製化材料。

落實環(huán)境永續(xù)　賀利氏擴大採用回收金屬

除了製程進步對材料帶來新的挑戰(zhàn)外，環(huán)境永續(xù)議題也對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈帶來很大的壓力，製造商必須設(shè)法減少自身的碳足跡，并避免使用含有禁用物質(zhì)的材料。為協(xié)助半導(dǎo)體製造商應(yīng)對環(huán)境永續(xù)的壓力，賀利氏(Heraeus)在本屆SEMICON Taiwan期間，發(fā)表了多款對環(huán)境更友善的焊接材料。

賀利氏先進封裝焊接材料全球產(chǎn)品經(jīng)理張瀚文(圖2)指出，在系統(tǒng)封裝(SiP)與異質(zhì)整合的趨勢下，封裝業(yè)者需要能將焊點尺寸與間距縮得更小的技術(shù)解決方案。而且，不只是錫球植布這種相對昂貴的製程，成本較低的錫膏印刷焊點，也希望尺寸能做得越小越好。在此同時，為減少碳足跡跟避免使用帶有禁用物質(zhì)的原材料，封裝業(yè)者也希望能找到可以簡化製程，并且對環(huán)境更友善的新配方。

圖2　賀利氏先進封裝焊接材料全球產(chǎn)品經(jīng)理張瀚文指出，協(xié)助客戶實現(xiàn)更有利于環(huán)境永續(xù)的製程，是該公司追求的目標

為協(xié)助客戶實現(xiàn)更環(huán)境友善的迴焊製程，賀利氏發(fā)表了兩款新品，分別是可用純水清洗，而且粒徑為T7等級的Welco AP520錫膏，以及同樣可水洗，并且不含鹵素的AP500助焊劑。AP520讓覆晶封裝和表面黏著元件(SMD)的焊盤可以一體化印製，從而簡化SiP封裝的製程步驟，達到節(jié)省資本支出，并降低碳足跡的目標；AP500則不含被禁用的鹵素，而且更容易清洗，可以把殘留物所造成的缺陷降至最低。

張瀚文總結(jié)說，展望未來，客戶對環(huán)境永續(xù)、綠色製程的要求，將會越來越嚴格。因此，賀利氏一方面會繼續(xù)推出可以協(xié)助客戶簡化製程的新配方材料，另一方面也正在大力開發(fā)採用回收金屬製成的錫膏、金線等材料。開採金屬是碳足跡非常高的活動，如果能用回收的錫、金來製作封裝材料，碳足跡至少可以減少到1/800，其節(jié)能減碳的效果是非常明顯的。而為了確?；厥赵夏芊€(wěn)定供應(yīng)，賀利氏正積極與材料回收業(yè)者，甚至珠寶業(yè)者展開合作，拓展回收金屬的來源。

缺工成為普世現(xiàn)象　新方案提升OSAT自動化

在過去幾年，疫情一方面對人流與物流的正常運作造成極大影響，另一方面又讓市場對半導(dǎo)體元件的需求暴增，導(dǎo)致半導(dǎo)體業(yè)者都在大力擴張產(chǎn)能，讓半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人力短缺的問題變得更嚴重，尤其是自動化程度相對較低的封測廠，因為還有許多製程作業(yè)須仰賴人力執(zhí)行，因此缺工問題變得更加嚴重。

K&S執(zhí)行副總裁張贊彬就指出，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)缺工已經(jīng)是普世現(xiàn)象，不僅中國臺灣如此，新加坡亦然。由于許多半導(dǎo)體製造商都在新加坡積極擴張產(chǎn)能，預(yù)期未來幾年，新加坡的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將需要約5萬名人力。但新加坡只是一個人口500多萬的小國，如果不設(shè)法提高半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的自動化程度，絕對找不到這麼多人才。

而且，相較于半導(dǎo)體前段製程，后段製程的自動化程度普遍更低，因此，后段業(yè)者對人力的需求會比前段更多，導(dǎo)致后段業(yè)者將遇到更大的人力缺口。提高后段製程的自動化，遂成為緩解人力短缺壓力的希望之所在。

為了提高后段製程的自動化程度，K&S在SEMICON Taiwan展前，正式宣布與中國臺灣樂宇精密合作，採用RGV物料輸送系統(tǒng)(圖3)，為廣大半導(dǎo)體市場提供高度自動化的球焊機生產(chǎn)線解決方案。自動化物料輸送系統(tǒng)利用計算機化的設(shè)備與機器人手臂， 協(xié)助優(yōu)化產(chǎn)線料區(qū)的料盒、載具和生產(chǎn)設(shè)備之間的高效運送。

圖3　K&S和樂宇聯(lián)手，為后段製程提出自動化程度更高的解決方案

到目前為止，K&S和樂宇已經(jīng)協(xié)助業(yè)界成功建立140條以上的RGV線焊生產(chǎn)線。該系統(tǒng)能減輕操作人員工作負荷，提高人機比，同時減少待機準備時間，有效地提高生產(chǎn)效率。此外，自動化上下料盒方式將加速實現(xiàn)全速生產(chǎn)。該系統(tǒng)不只適用于全新建造的產(chǎn)線，也能運用在現(xiàn)有的產(chǎn)線上。

張贊彬認為，以樂宇在RGV機器人系統(tǒng)方面豐富的工業(yè)經(jīng)驗，結(jié)合K&S的球焊解決方案，雙方將有能力提供高效的物料輸送系統(tǒng)，相信這次合作能使OSAT客戶更好地實施工業(yè)4.0，同時為產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化和產(chǎn)能提高助一臂之力。

高度自動化的球焊機生產(chǎn)線由高效的材料控製計劃程序(MCS)控制，且該程序可直接與客戶現(xiàn)有的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)連接，客戶將因此大受脾益。

守護電力品質(zhì)　伊頓推出新方案

半導(dǎo)體製造不僅需要充足的電力，更需要高品質(zhì)的電力。為確保關(guān)鍵設(shè)備能獲得高品質(zhì)的電力，不斷電系統(tǒng)(UPS)一直是半導(dǎo)體廠必備的基礎(chǔ)設(shè)施。然而， UPS畢竟不是半導(dǎo)體廠的生財設(shè)備，因此，如何用更低的總體持有成本來布建UPS，成為半導(dǎo)體廠最關(guān)心的議題，也促使UPS業(yè)者伊頓(Eaton)不斷推出對應(yīng)的解決方案。

伊頓行銷與技術(shù)支援協(xié)理江嘉倫指出，電力是半導(dǎo)體製造的基石，因此中國臺灣各大科學(xué)園區(qū)內(nèi)的高科技大廠，均已有超高壓直供的饋線專線，其停電風險幾近于零。但半導(dǎo)體製造不僅需要穩(wěn)定的供電，更需要高品質(zhì)的電力。因此，UPS在半導(dǎo)體廠中，最大的價值是提供高品質(zhì)的電力。事實上，近幾個月中國臺灣科學(xué)園區(qū)所發(fā)生的電力事故，超過九成都只是壓降，而非完全停電，但由于高科技製程對精準度的要求極高，產(chǎn)線各環(huán)節(jié)的連動緊密，機臺對電壓非常敏感，如果降壓頻率升高，造成的損失將不亞于停電。

UPS是守護電力品質(zhì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。在UPS系統(tǒng)的協(xié)助下，半導(dǎo)體廠裡的關(guān)鍵製程設(shè)備，大體上都不會遇到壓降問題，而且電網(wǎng)裡的諧波也不至于干擾到機臺的正常運作。但現(xiàn)有大型UPS 所張起的保護傘無法涵蓋到廠內(nèi)的所有設(shè)備，而且系統(tǒng)尺寸龐大，占用可觀的廠區(qū)面積，也是一個問題。

因此，伊頓決定從兩個方向著手，一是提高大型UPS的功率密度，讓大型UPS可以支援更多負載；另一個思路則是將UPS與超級電容結(jié)合，把UPS系統(tǒng)小型化，讓目前還不在傳統(tǒng)UPS保護范圍內(nèi)的次要設(shè)備，也有抵抗壓降的基本能力。

伊頓的93PR創(chuàng)新儲能型UPS，就藉由導(dǎo)入碳化硅(SiC)元件，實現(xiàn)了更高的能量密度。

93PR UPS最多可以并聯(lián)8個電源模組(圖4)，提供高達4.8MW的容量，并具有97.5%的雙轉(zhuǎn)換效率，可以為半導(dǎo)體廠省下可觀空間，還可搭配EnergyAware儲能套件，實現(xiàn)削峰填谷的功能。

圖4　伊頓93PR UPS所搭配的新款電源模組。由于採用碳化硅元件，模組的能源密度大幅增加

3S UPS則是以超級電容取代電池，實現(xiàn)極致小型化的工業(yè)用UPS。此一專為工業(yè)與高科技廠房等場域設(shè)計的新世代UPS沒有體積龐大的電池，所以可採用壁掛式設(shè)計，讓系統(tǒng)的占用空間、重量均大幅縮小，整機效率亦高于99%。這種UPS是專門用來對抗暫態(tài)壓降事件的保護設(shè)備，即便電壓突然歸零，只要時間不超過1秒鐘，負載都可正常運作。同時，因為是使用超級電容而非電池，所以只要一秒就能將電容充飽，繼續(xù)守護負載設(shè)備。