【達人聊產業】先進封裝為什麼今年爆發 ft. 3DIC 開拓者—陳冠能教授 [財報狗 podcast S2E281]

為什麼今年先進封裝爆發熱潮, 2.5D、3D IC、異質整合等技術怎麼做,先進封裝的瓶頸是什麼?這集邀請到半導體產業鏈至關重要的人物,陽明交通大學電子研究所陳冠能教授,與我們分享先進封裝的發展過程。

2024 財報狗產業前緣論壇:
低軌衛星 X 光通訊 X 先進封裝 三大主題
由財報狗 Jeff & 小鄭 & Sky 與六大產學專家的對話,帶你了解產業前緣 ?
時間:2023/12/24 (日) 上午 10:00 - 16:00
地點:集思台大會議中心 B1 國際會議廳
活動傳送門:https://statementdog.cc/forum
✨ 2024 財報狗產業前緣論壇領航人訪談集數:EP246 、EP256、EP271
#財報狗 #2024財報狗產業前緣論壇

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這邊是一些訪談精華片段

陳教授經歷介紹

01:18 陳教授的求學過程。
26:22 畢業後加入華生研究中心,到扮演產業界重要角色的歷程。
32:10 教授與業界合作時,通常扮演什麼角色?

先進封裝姍姍來遲~Why Now?

03:40 20 年前便有 3DIC 技術出現,為何現在才開始爆發?
11:13 為何大家都致力延續摩爾定律?
14:48 3DIC 、先進封裝是什麼,過往的瓶頸在哪裡?
19:35 異質整合封裝是什麼?
20:48 目前邏輯晶片的 3DIC 瓶頸在哪裡?
21:36 CoWoS 是什麼?2.5D、3D 封裝差異在哪裡?
23:19 為何目前掌握先進封裝技術的是前段晶圓代工廠,而非封裝廠?
35:58 目前 3DIC 技術的進程、瓶頸在哪裡?
46:34 Micro Bond、銅銅對接是什麼?

如何看待關鍵產業 AI 晶片 、低軌衛星的發展

55:03 如何看待 Nvidia 獨霸 AI 晶片的當前局勢,未來整合產業的發展?
1:02:06 如何看待低軌衛星產業未來發展?

新創公司「創未來科技」介紹

57:04 創未來科技公司介紹,教授為何加入此公司?
59:06 教授如何以自身專業協助此公司?
1:00:00 身兼多職的教授如何調配時間的應用?

Podcast 業務合作聯絡信箱:business@statementdog.com

財報狗社群

本集逐字稿

威宇:歡迎收聽財報狗 Podcast,我是主持人威宇,在我旁邊的是投資總監 Sky。

Sky哈囉大家好。

威宇:我們即將在 12 月 24 日舉辦首次的產業前緣論壇,這個論壇是由新光證券獨家贊助。我們有三大主題:先進封裝、低軌衛星跟光通訊,每個環節都會有產官學界的專家和 Jeff、小鄭、Sky 一起來進行對談。有興趣的朋友可以到資訊欄還有財報狗社群,我們都會放相關連結。

今天這集我們邀請到先進封裝的講者,他在業界非常有名,也是半導體下一世代關鍵技術三維積體電路與異質整合的主要推動者,主要研究領域當然是三維積體電路、異質整合跟先進封裝。我們也是花了滿多的力氣邀請到他,應該說因為在這方面他是主要推動者,先進封裝其實在過去幾個月非常熱門,所以他也收到滿多邀請這樣子。

陽明交通大學電子研究所的陳冠能教授,陳教授你好。

陳冠能:好,各位聽眾大家好、兩位好,我是陽明交通大學電子研究所陳冠能,謝謝大家,謝謝今天的邀請。

陳教授經歷介紹

威宇:我們有些聽眾可能還對這一塊或者是你的經歷不是那麼熟悉,能不能夠先跟我們介紹一下,你當時為什麼會進到這個領域?為什麼會在這邊投入那麼久?現在主要在做什麼事情?

陳冠能:我會進到這個領域,其實要回溯到我自己的求學時代。我在台灣當完兵之後到美國去念書,那時候我去念書的地方是美國的麻省理工學院 MIT。在我隔天去拜訪我的指導教授的時候,事實上我的指導教授給了我三個題目讓我選擇。

第一個題目是 3DIC,第二個題目是 Aluminum Nitride 氮化鋁基板,第三個題目是半導體蝕刻,為了現在 ESG 的概念,所以他希望蝕刻的那個氣體需要能夠有比較環保的題目。

威宇:那個時候就有這樣子的東西?

陳冠能:對,其實在那個時候題目都做得非常新,我就覺得滿有趣的。那時候我的指導教授給了我這三個題目,要我選要做哪一個,以我那個時候的知識,我大概只瞭解什麼是氮化鋁基板,所以就跟他說我要做氮化鋁基板。但是我的指導教授說「不行,你需要做 3DIC」。

威宇:不是給你選的嗎?

陳冠能:對,所以我心裡就想說你不是要我選題目嗎?怎麼會叫我直接做這個?因為我們是台灣人,可能那時候都比較乖一點,老闆叫我做什麼,我當然就做什麼,我就做 3DIC。雖然我沒有做過、沒有看過,所以就從那個時候開始就一頭栽入了 3DIC 的研究。

威宇:其實我比較不太清楚 MIT 在這一塊,因為我知道 MIT 在資工非常強或者是在媒體這邊非常強。我不知道它在硬體或電機這邊,它們也是很厲害的?

陳冠能:對,其實如果說我們要講電機的排名、在硬體的方面,MIT 的排名其實也是在很多個大學的評比排名,也都是第一名這樣子。在 20 幾年前我開始在做的時候,它們就已經有相當完整的無塵室。

而且我進入了 MIT 之後,其實像我在暑假或是在執行計劃的時候,我的合作對口就是 Intel,那個時候就可以開始做這些事情了。它們那時候已經有預期未來摩爾定律可能會走向盡頭,所以那個時候很早就有想到未來一定要往第三維進行堆疊。

威宇:你說 20 年前,它們就在考慮這些事情?

陳冠能:20 幾年前,西元 2000 年的時候我進 MIT,那個時候我接到的計劃就叫 3DIC,就是這樣子。其實我們做的是非常非常早,所以也說實話應該是在全世界第一批在做這個領域的一個研究團隊。

威宇:那個時候的 3DIC 跟現在的 3DIC,哪裡不一樣?

陳冠能:其實說實話並沒有太多的不一樣。因為其實在那個時候,像我今年在 SEMICON Taiwan 給了一場邀請的演講,它希望我講一講 3DIC 的過程。那時候我秀了幾張投影片,我們在 2000 年的時候秀了一些 3DIC 的概念,其實跟今天的概念沒有差別太多。

但是在那個時候我們就看到了很多的瓶頸,很多技術上的挑戰。在今天可能大家覺得已經被迎刃而解的事情,在 20 幾年前其實半導體整個產業鏈或者整個生態系是完全沒有 Ready 的。

因為從來沒有看過這樣子的概念跟想法,所以自然而然要執行這樣子的技術,其實有很大的一個挑戰。我們常常說 3DIC 有一個很重要的,今天會有這樣一個情形就是因為 Time to Market,屬於它的時間到了。因為其他大概已經比較有一些困難度出現了,產品對它的要求也正好是 3DIC 才有辦法達到的,所以才有比較多的突破。

如果回答您剛剛的問題,其實 20 幾年前它的 Scheme,以今天來講還是非常先進的,而且有些東西現在還是沒有辦法達成的。但是在那個時候來講,其實很多時候做研究或者做一個新技術的開發,都是一個理想性比較高的目標,希望理想中可以做到什麼樣子一個程度。

結果後來有可能是成本過高、技術門檻太高,所以沒有辦法切進去。但是我們可能做到 50%、30%,就可以解決現在所有的問題了,所以就慢慢變形變成今天我們看到的 3DIC。

威宇:這個我也滿好奇,這樣聽起來在當時可能都還是一個想像的理想狀況,我們想要做成這個樣子。可是那個時候就有很確定未來一定會長這樣嗎?因為在這過程中等於各種的供應鏈技術都沒有跟上的情況下面,你還做這個東西、還研究這個東西研究這麼久?

陳冠能:應該是這麼說,也回到剛剛我的這個題目,其實我們剛剛在講的這個內容,在做 3DIC,我的整個博士班的研究生活都在做這件事情。

剛剛有跟各位提到,在那個時候其實跟 Intel 合作比較多,拿的也是美國政府的計畫。這個其實基本上是它的趨勢,就有點像現在……。那個時候有一個美國的機構,它其實算是美國國防部跟美國的政府給的這個計畫,它的內容其實就像今天現在美國政府有 CHIPS Act,類似這樣,可能在每個階段都會有徵求一些重要的題目。

Sky就是 DARPA,是不是?

陳冠能:DARPA,對,沒錯。事實上我們合作的主要 Funding Source,它那個時候叫 MARCO(Microelectronics Advanced Research Corp),但是 MARCO 是一個 Program,但是它背後的 Supporting 是 DARPA。

如同您剛剛所說的,3DIC 其實在一開始的時候有幾個關鍵技術。可是透過不同的關鍵技術,它有很多種組合、3DIC 的組合,有相當多的選擇。我們在美國那時候大家其實都在講,有點像是大家都開不同的船,哪一個會開到港口不知道,但是大家就繼續往前開。

最後因為每一種 Format 不太一樣、難度也不一樣,所需要的產業鏈跟生態鏈也不太一樣,最後影響的結果就有所區隔這樣子。

Sky其實從現在想會覺得很有趣,如果 20 年前堆這個 3DIC,用現在角度去看 20 年前。

威宇:20 年前的晶片。

Sky不是,你用現在角度看會想說 20 年前的 Dye 滿大的。

威宇:我就想晶片尺寸應該完全不一樣吧。

陳冠能:應該是這麼說,20 年前我們要堆的 Dye 跟現在堆的 Dye,應該反過來看。如果我們現在看 CoWoS 或其他的東西,它堆的 Dye 其實是很大的。反而我們在 20 年前看到堆的 Dye,就算是技術比較不好,其實我堆的 Dye 也是差不多大。變成到了現在之後,反而那個時候的技術其實可以用在現在,這是第一件事情。

第二件事情,通常應該是我們在那個時候看到的技術,它有點算是半導體的金屬線最小可以到達什麼樣的地步,我們試著把它堆疊。我們可以想像因為我們要疊不同的東西,所以有點像是樓上跟樓下要有電梯。

其實在我們一開始做這件堆疊的時候,想的是比較理想的,所以我們是比較 Aggressive 地做這件事情。後來業界發現這個太難了,所以退回到 3DIC 在 10 年前堆疊,是用 Micro Bump,Bump 是比較大的疊回來。

疊到現在為止,慢慢再微縮,微縮到的概念就變成我們 20 年前原本要做的那個概念。其實有點算是繞了一圈之後,又回到了 20 年前,有點像是這樣的情境。

威宇:但 20 年前想要堆這個的時候,就覺得反正這個是目前最新的東西,我們往上疊,對不對?

陳冠能:對,因為其實有一件事情,在學術界的任務是我把這個概念做出來。可能一整個晶圓上面,看到幾個地方堆得不錯、幾個晶片堆得很好,其實我就可以發表論文,告訴大家這個東西做得出來。

因為畢竟是在學校,不管是設備還是在整個無塵室的環境,都是比較不好的情況之下,我能夠做得出來。其實很容易可以想像,當我把這個技術移轉到公司裡面之後,其實它應該有能力做得更好。

學術界的想法一向都是我要走在前面,我是把概念做出來。這也是我剛提到,從原型的產生到第一個產品可以正式出來、到可以大量生產,其實中間有很多不同里程碑,不同的難關要度過。我們在 20 年前做的,其實比較像是第一塊的部分。

Sky我剛才想到你們這個研究,是不是後來影響 NAND 先堆起來,所以它們先用。快閃記憶體的那個東西,它們從 2D 轉成 3D,其實應該也是因為這邊先有,所以它們才會往這個三維的方向去發展。

陳冠能:對。其實如果我們要嚴格看高密度堆疊,如果說我們以高電路的在邏輯跟記憶方面的運用,其實的確是 NAND 先出來。我們看到 Hybrid Bonding 這樣子的東西、一直結合的東西,它的確是高過於現在的邏輯,現在邏輯正在往這個地方邁過去。

但是如果說各位看另外一個領域 CMOS Image Sensor,它在更早就做出了這件事情。它先做出來之後證明這個技術可行,後來變成是比較高密度地做這件事情。其實它有不同的切入的門檻,因為我們可以想像,在堆疊晶片這樣的一個情況之下,其實它的表面的平整度跟粗糙度也是有很大的影響。

以 CMOS Image Sensor 相較於記憶體,它是簡單許多的一個東西;記憶體再相較於邏輯又是一個比較簡單的東西,所以我們大家可以想像技術要從比較簡單的開始進入。

Sky它是一個技術演進的過程,先從比較容易的地方,比較容易把良率拉起來的地方前進這樣子。這真的是沒想到這麼早就開始做了,真的。

先進封裝姍姍來遲~Why Now?

威宇:剛剛聊到這個計畫一開始其實是 Intel 覺得摩爾定律可能會到頭,我們要往 3D 發展。這邊可以講一下為什麼這件事情很重要?為什麼要持續讓摩爾定律轉個型,可是它還要繼續成立、還要繼續推進,為什麼這件事情很重要?

陳冠能:首先一開始應該要先說,其實除了 Intel 之外,在美國做半導體的這些,在當時其實它們已經有看到因為摩爾定律要萎縮,它代表的意思其實是單位面積可以放的電晶體的數目,可以持續增加。同時它又希望成本可以降低,所需要的功耗又可以減少,代表它的應用跟速度要越來越多、速度要越來越快。

這樣子一個前提下,變成是半導體晶片的製作水準跟工藝要有辦法跟得上。但是很明顯地,因為大家其實可以看得到,像我們那個時候是看到是比如電腦的晶片或者是手機的晶片速度要越來越快,後來慢慢大家也預料到可能未來有要更多精密的計算。像包含我們今天看到的 AI、包含雲端這些的要求,其實都是因為摩爾定律可以推出來的。

因為我們總是希望在同一個大樓裡面,有越多的員工越好,效率會越快。比如我們有另外一個大樓是在其他區域,大家都要坐計程車過來,其實相當麻煩。如果我們全部重要的員工、常常會溝通到的,都在同一個大樓,搭個電梯樓上、樓下來,其實速度就快。速度快,才有辦法去做我們要的一些東西,不管是從運算的角度或從感測的角度或從資料存取的角度,這些都必須必要。

在很早以前大家就看到,因為像美國 DARPA 這樣的一個計劃,它們所看到的內容可能是未來 10 到 20 年的技術,所以它們必須要提早佈局。在那個時候它們可能會想像,要不是後來有 EUV 或者其他一些東西,它可能會覺得目前這個微影的技術下去,可能是一個很複雜的問題,所以它乾脆必須想其他的思考模式。

就如同人類社會一樣,人類社會都是先蓋平房,蓋得越來越密之後,發現已經住不下去了,所以我們必須往樓上疊上去,這也是一個滿直覺的想法。可是從來沒有人這樣想過,所以變成有這樣一個機會,可以做後續的這個實現。

威宇:所以我們可以說某種程度摩爾定律持續生效,代表人類科技在不斷進步。

陳冠能:是的。

威宇:我們還是想要進步,所以我們盡量地讓摩爾定律持續是成真的。

陳冠能:這是其中一個。就半導體業,尤其是這種製造業,其實它們有另外一件事情滿重要,它必須不斷的把技術往前推進,這樣子它才有辦法拉大與後進者的優勢。它必須要持續做這件事情,不然等到大家過了,比如舉例來講像設備的攤提,六年之後大家的競爭水平都一樣。

這個時候如果沒有新的,我們可以想像所有晶片製造成本會大幅下降,原本的領先者就失去了優勢。這是另外一件事情,就 Business 的角度來講,我覺得是很重要的一件事情。

Sky了解,因為這個其實在滿多規格到頂了,沒有辦法前進了以後,競爭拉鋸以後,原來那個超額率就不見了。使得它不得不一直堆高技術壁壘,所以它技術壁壘可能是一兩年的技術差異,追上就沒有了,Premium 就不見了。

陳冠能:對,沒錯。

威宇:這邊也再來做個科普好了。我們今天想說在單位面積上面電晶體沒有辦法再變更小了,就開始往上堆疊,這件事情跟異質整合或先進封裝,關係又是什麼?

陳冠能:我們應該先這麼說,一開始概念先出來,其實是因為……。如果從半導體前段的製造角度來講,它必須要不斷地微縮,讓單位面積上面有更多電晶體。可是這樣子的概念其實跟異質整合是沒有關係的,因為它是把一樣的東西放得越來越多,這是密度上的作法。

要把它這樣子完成,其實我相信有一些聽眾如果不是半導體領域的,他可能也不是很了解半導體。有人可能講說很簡單,先做完第一層的電晶體之後,在第二層上面直接再做一層就好了,在第三層直接做。

為什麼要這樣子搬其他的東西?我們剛剛講的先進封裝,是把兩個東西各自做完之後,把它上下疊在一起的,這樣子感覺起來是比較麻煩的一件事情,也不太容易。

原因因為在三維積體電路裡面,它有一個先天的壁壘,製作電晶體完成之後,它有一個熱預算的限制。後續的製程不能讓它超過,比如舉例來講像攝氏 400°C 左右,如果超過這個溫度,原本製作完畢的這些電晶體,功能就會開始耗損,甚至開始會損壞、壞掉這樣子。

可是很可惜地我們在製作電晶體的過程之中,很容易會達到 1,000°C。剛開始有幾道步驟到 1,000°C,甚至要幾百 °C 以上,所以很明顯這兩件事情是互相不相容的。變成我們只好各自分開來,做完了之後再把它拉過來這樣子,這是其中一塊。

第二件事情是我們要製作高性能的電晶體,必須要在單晶矽上面,才有辦法做得出來。可是以目前的技術來講,沒有辦法在做完的任何平面、在很低的溫度,鍍上一層單晶圓的矽這樣子的薄膜,這是目前方法是做不到的。

有一些公司專門在做矽晶圓的,它可能是要拉晶圓,把它造成一個晶片再切成一片一片的,這就是為什麼那個地方那麼難。沒有辦法直接這樣做出來,所以我必須要分開來做,這是一開始 3DIC 的概念。

其實同時有另外一件事情發生,也是在過去的十幾二十年前,就是封裝。傳統封裝是有截角,晶片把它做 Molding 模封之後,外面有角拉出來。

Sky:Wirebond。

陳冠能:對,Wirebond,或者是長角、Metal Lead 類似像這樣子的東西,Lead Frame 這樣子的東西把它長出來。

大家可以想像,這有點像是大樓要出去的出入口,我的出入口其實是肉眼可見的。一旦是肉眼可見,它的數目就不會太多,所以我要怎麼樣可以讓出入口增加、讓它速度變快,資訊可以流通比較快?

那麼我一定要想辦法,所以慢慢想到以往都是我們一片一片封完了之後,一個一個擺在主機板上面。我們是不是乾脆把兩個封完的東西把它上下疊在一起,試著上面跟下面連在一起?甚至後來有些人就想到乾脆把 Molding 模封綠色的那一塊把它拿掉,乾脆讓裸晶上面跟下面直接把它貼在一起,這樣就好了。

這樣是不是更簡單做到這些東西?當這兩件事情同時發生了之後,其實就是先進封裝的開始。如果一開始要直接做晶片上下的堆疊,其實在半導體的角度上來講,有相當大的難度,我們剛剛前面有稍微提到。

但是從封裝的角度上來實現這樣子的概念,其實相較比較簡單一點點。所以變成把封裝的這些概念稍微做一些修正,就可以做到這樣子的情境,這個叫先進封裝。

回過剛剛開始講到我們在 MIT 做的這件事情,其實一開始並沒有想到要用先進封裝來解決這件事情,是想從半導體的晶圓廠裡面直接把它解決。

威宇:因為就想我們要怎麼樣提高電晶體所可以耐受的溫度之類的,換個材料或怎麼樣的。

陳冠能:對。後來發現我直接把晶圓跟晶片把它疊在一起,可能還是要用到封裝目前有的技術,像 Micro Bump 這些東西、焊錫,這樣子疊起來會比較簡單。如同我一開始講的,一開始我們想像的好像都是比較那種理想性的。。

Sky可能是最理想的那個。

陳冠能:對,我們再回過來開始修正。

威宇:從基礎化學來講,我們不要用後面的那個,有點多此一舉的感覺。

陳冠能:對,變成是這樣的角度,所以先進封裝就開始進來了。從那個時候到開始發展先進封裝,大概過了 10 年左右。可是在這個時候,大家也同時開始看到半導體的產品跟應用上,其實也不是只有同質的東西要疊在一起。發現不同的東西如果可以靠得越近,是不是越好?

比如舉例來講,假如我們這邊是一個辦公室,我們需要去圖書館拿資料,圖書館就好像是記憶體。如果我可以把圖書館放在辦公室旁邊,甚至把圖書館放在我們的辦公室樓上,是不是更方便?可是這兩個其實是不一樣的東西,所以我們開始有出現異質整合的概念。

這種異質可能是,比如說像是邏輯晶片對上記憶體晶片、感測元件對上邏輯或者是很多東西混在一起的,所以這個變成異質整合的開端。這幾件事情差不多同時發生,所以現在在外面的說法,其實我們講到這三件事情很多時候都是一樣的。

威宇:哪三件事情?異質整合、先進封裝。

陳冠能:3DIC、異質整合、先進封裝。

威宇:這個也是我剛剛突然有的一個疑問。現在我們在講 3DIC 或者講先進封裝,有不是異質整合的嗎?因為異質整合可能最常見的,像現在 AI 很常需要的邏輯 IC 加上記憶體,有不是的嗎?邏輯疊邏輯這樣子?

陳冠能:以應用面的角度上來講,邏輯對於邏輯的堆疊是未來理想趨勢,但是它影響到的層面太大。因為它可能在設計端來講,就有很多事情需要做修改;再來因為邏輯本身牽扯到是高度運算的事情,所以它可能會有很大的散熱問題。

其實它是最難處理的,也最不容易。但是在同質堆疊裡面,比如像記憶體、像 DRAM 這樣子的東西,已經開始使用了,已經看到一些產品都是用這種方法堆疊出來的。

威宇:因為美光好像就有堆出來?

陳冠能:對,美光、海力士跟三星其實都有做這一類的應用。

威宇:所以當我們現在在講 CoWoS 的時候,其實竟是邏輯疊記憶體這樣?

陳冠能: CoWoS 跟我們剛剛講的 3D 有點不太一樣,那是 2.5D,我們的定義是這樣子。它並不是直接堆疊,是把它靠得很近,但是用堆疊的方法把它疊在一起。

記憶體的部分,也許我應該稍微解釋一下 2.5D 跟 3D 的概念。

Sky:它下面有一個 Interposer。

陳冠能:對,有一個 Interposer 在下面。我常常跟朋友們介紹這種方法,可以解釋邏輯的部分像辦公大樓,HBM 記憶體像是圖書館。兩座大樓連得很近,但是我又沒有辦法把圖書館搬到辦公大樓上面,我做的就是把兩座大樓靠得很近。但是我們有地下室,這個地下室是直接電梯可以到達的。

Sky我們停車場共用。

陳冠能:對,有點像是停車場共用,透過停車場跟地下室直接往上面走。每一個人的辦公室都有一個直接通道往下到地下室,所以我們有很多很多電梯,類似像這樣的一個概念,這是 2.5D、 CoWoS。

Sky其實這在今年或最近,其實滿多人提到這個東西。因為光 Interposer 產能可能在這個業界就有所不足,這個供應鏈、剛剛那個蓋大樓的方式,怎麼樣加那個地下室?怎麼互聯?其實就是大家投資的重點,我們可以這樣說。

大家在對這個東西的供應鏈或相關的未來發展,當然未來可能終極的目標是 3DIC。但是這個中間其實是有一段進程,所以會是我們滿關注這個點,我覺得這幾年可能大家會圍繞在這個地方,有滿多投資的想法或是一些研討。這是我個人接收到的資訊,綜合教授剛剛跟我們分享的一些資訊。

威宇:我滿好奇如果在那個時候開始已經有一個我們堆疊用封裝的方法,可行性會比較高,為什麼現在在掌握這種技術的反而還是在前段的那些廠商,而不是在封裝的廠商?

陳冠能:應該是說其實對於整個技術的角度上來講,我個人的看法是不管封裝廠或前段的晶圓製造廠、代工廠,大家其實都有辦法切入到這個領域;只是就生態鏈的角度上來講,有的時候會有一些些影響。比如舉例來講剛剛我們有提到 CoWoS,CoWoS 裡面要做一件事情——Interposer 的 TSV 矽穿孔。

我們可以再回過來講大樓,它就像是電梯,電梯必須要開光罩,把它挖了一個洞再把裡面填滿金屬。這一些東西其實對於封裝廠來講,並不是非常直接相關的領域;應該是以這個 Business 的角度上來講、產業的角度上來講,它並不是直接相關的領域。

做 Interposer、矽中介層這樣子的構造,其實還是由前段的公司完成。如果今天我們的目標是以矽的角度做這個矽中介層來講,就必須要去挖這個東西做。當然它帶來的一個影響,我們可以想像如果今天要把兩個大樓連接在一起,如果每一個辦公室都有自己的電梯可以到達地下室、再去圖書館,當然就很快。

可是大家可以想像這個價格會非常非常高,因為我要做很多的半導體製程,這個半導體製程是標準的前段,在半導體廠裡面才能做到的一個製程。這個門檻跟壁壘會直接拉高,它不僅反映在封裝廠可能需要投入更多資本才能夠達到,甚至在前段的晶圓製造,也變成有些客戶才能需要用到這樣的情形。

您剛好提到 CoWoS,可能各位有聽到 InFO,InFO 是沒有 Interposer。它就不需要地下室,因為它的連通通道不需要這麼多,只要足夠多的就好。

其實很多時候還是要回過頭來看需求跟適用的角度在哪裡,這是為什麼其實以封裝廠封裝業的角度上來講,它可能並沒有看到 CoWoS 這塊。可是它在比如說在跟 InFO 很像的產品,或者說 CoWoS 後面 Follow-up 的製程,它都可以扮演重要的角色。比如說像堆疊,這個就跟它們是相關的,但是對於某些技術來講可能就沒有那麼直接相關,變成是這樣子。

SkyChip on Wafer 它們比較弱勢一點就對了。

陳冠能:對,另外一個是,比如說您剛剛有講到 Chip on Wafer 或者是 Chip to Chip 這一類的東西,因為其實封裝的角度上來講,它要拿到整個 Wafer 可能成本比較高;拿到裸晶可能相當來講是比較簡單的。

威宇:了解。剛有提到教授在 MIT 的時候,就開始投入這個東西的研究,畢業以後又是怎麼樣一步一步到今天你在產業界有非常重要的角色?

陳冠能:其實我畢業以後,很短暫地待在學校一下下之後,就加入了 IBM T.J. Watson Research Center,中文應該翻叫華生研究中心。它是在美國專門做一些先進技術,到今天為止其實都仍然是非常重要的一個研究中心。這個研究中心鼓勵大家開發新的一些技術,當然今天以 IBM 的角色來講,它已經比較偏向軟體或者大數據。但是這個在我們剛畢業的那個時候,它從以前在半導體、尤其硬體製造這一塊,其實扮演相當重的角色,還有電腦整個規格的推出。那個時候 IBM 其實正在發展 3DIC,它就覺得正好……。

威宇:IBM 那時候也有做?

陳冠能:也有做,那個時候已經有開始做了。

Sky不聽不知道,所以大家都做很前面。

陳冠能:對,那個時候已經有開始做,在研究中心都有開始做。它們就覺得我這邊感覺起來,專長跟未來發展領域跟它們是非常契合的,所以它們就邀請我去那邊擔任研究員。

我在那邊做了幾年之後,其實我在 MIT 看的是比較像是 Bonding 堆疊的部分,因為資源有限、時間也有限、大家又目標是要畢業,所以著重在某些技術上面。

但是我們那時候已經有 File 了一些 Pattern 跟平台有關於 3DIC,也試著做了一些東西,後來真的開始比較發揚光大是到了 IBM 的時期。因為到了 IBM 的時候,我就不會只看一個單一技術,它同時希望我把整個平台建立起來。

這個平台如同我剛剛講的,其實 IBM 提的平台跟 MIT 的平台不太一樣,但是殊途同歸。關鍵技術都是一樣,都會有堆疊的情形,都會有像矽中介層、TSV 這樣的概念,這些關鍵技術都是一樣,只是用不同的方法做,但是在 IBM 裡面看得更全面。

在 IBM 的另外一個好處是 IBM 後來也開始接 DARPA 的計劃,它也是跟美國很多大學還有跟其他業界都有一些同盟或合作關係,所以可以看到更多領域。在 IBM 等於是把整個技術做得更全面一些,差不多也在那邊待了一陣子之後,有觀察到美國的半導體製造其實有點慢慢走下坡,甚至預期到……。

因為很多產業都事實上都在外移當中,那個時候大概在 10 幾年前、15 年前左右,大概 2008、2009 年那個時候就開始思考下一步怎麼樣最好。在那個時候開始,其實台灣不管是法人研究單位,像工研院或者像台積電已經開始在看 3DIC,所以感覺起來回到台灣發展是滿不錯的機會。

那個時候正好台灣的大學有邀請我回來,我們談了也覺得還滿不錯的。而且有一些台灣的公司,我剛剛提到一些大公司,其實對這個未來發展都滿看好的,所以發現有一些研究合作的機會,可以把我在美國所學到的這些技術再進一步真正落實,甚至看到產品。我覺得對我來講,是一個滿大的機會,所以我就決定回來台灣。

威宇:這個轉折我覺得好像有點大,因為本來你是在業界的?

陳冠能:對。

威宇:可是你回到台灣以後是去學界,再跟業界有一些合作,為什麼沒有想說我就加入某一間公司?

陳冠能:我必須要承認,我一開始是比較想當學界的老師,我想先去美國就讀。但是其實我本身跟業界,不管是在 MIT 的過程或者在 IBM 的過程,其實我都覺得收穫良多,業界看到的東西可能往往比學界看得更前一步,尤其是在我們這個領域。

其實畢業之後我有拿到多個 Offer,也滿多是業界的,但是為什麼加入 IBM?因為 IBM 雖然是業界,但它是一個研究中心,它還是在做研究,還是持續在產出最新的論文。對我來講,它等於算最好的選擇,因為對於我還無法確定未來的作法,或是我永遠可以接觸到最新的,但是它又可以在業界看到一些東西,這是為什麼我決定加入 IBM。

會想要回來台灣的原因,我那個時候其實也考慮過幾次,包含留在美國或者是回來台灣,或者是其他國家公司其實也有找我。後來回來台灣的原因是我發現回來台灣加入學界,我仍然可以跟業界保持合作,而且我那時候已經看到異質整合是未來的潛力。

異質整合是可以把很多不同的東西,已經變成紅海的產品都會變成是藍海,對我來講這種挑戰跟這種成就感可能會更大。如果加入單一公司,可能就會比較著重在某一種特別的技術一直下去;我覺得反而我這樣可以更有機會跟更多領域的人來合作,這是我比較希望看到的。

威宇:對你來說,反而是加入學界以後,可以接觸到的公司變多了。

陳冠能:對,沒有錯。

威宇:滿有趣的。所以你現在在這些公司裡面大部分是扮演怎麼樣的角色,是一個顧問嗎?還是你會幫忙 Lead Project 嗎?

陳冠能:如果說以學界的角色來講,我們跟業界合作……。因為我們常常都說我們在這個領域已經非常非常久了,其實大部分公司或大部分的單位來找我們的時候,我們大概都知道它們想要的內容是要往哪個方向走。我們心裡有一些概念跟想法,也可以預期到哪些挑戰,所以比較容易可以直接切合到不同的需求。

可能跟不同公司有不同公司的合作,比如說像先進封裝跟 3DIC 是一個全新的產業,所以我們可以提到比較簡單的是設備,就有很多新的設備需要做。我們跟設備公司的合作,就是以它們想要開發的設備,我們協助它們達到它們所需要的一些,比如說製程的參數、製程最後的一些表現,以符合它們客戶需要。也透過跟設備商的合作,協助它們更升級,我們可以知道設備的極限到達哪裡,產品跟未來技術的表現就可以到達哪裡,這是相輔相成的一件事。

在跟設備商合作的一個過程之中,其實另外一個很大的部分是材料供應商。因為有很多新的材料會引入,它們往往不知道它們的材料或者是現有手上的這些武器,可以用在先進封裝的什麼地方;或是它們可能得到了某些需求,它們不知道如何進入。

這時候我們協助它們,提供它們平台或者告訴它們未來的趨勢是什麼,再協助它們。這些東西其實跟我主要合作的一些公司,比如說像是晶圓前段的或封裝,它們往往都在找尋 Solution。

我可以透過跟設備商、跟材料商合作的過程之中,提供反饋給它們目前這些公司的需求,或者目前在市場或整個環境有哪些可能的應用情境。對大家來講透過更廣泛的合作,其實讓每個單位都可以得到符合公司未來的一個方向。

最後一個比較像是有些公司想要走產品。就像剛剛提的,可能有它們自己的摩爾定律,可能透過跟我們的一些合作,協助它們以異質整合的先進封裝或 3DIC 的方法,產出一個完全新的 Business Model,類似像是這樣子。

威宇:這是以怎麼樣的形式,是會定期開會嗎?還是你要去公司?

陳冠能:大部分都比較像是產學合作,我們定期合作。

威宇:一個一個案子這樣?

陳冠能:我們會有像一個一個案子,類似像這樣。我們的目標、常常在講的希望,是達到雙贏或甚至三贏。因為我們希望學生可以拿到最新、最好的研究題目,透過它們提供的這些資訊,可以做一些研究。

我們也都會跟產業界先講好,營業秘密或這些機密,其實我們會做適度的區分。但是透過我們發表,不管是在國際會議、國際期刊,跟它們共同發表論文跟會議之後,其實另外一方面也是替它們在整個市場上打開非常大的知名度,大家就會知道說這間公司進入這個領域了。

我們透過這樣子達到實驗室仍然可以持續成長,學生可以很早就已經接觸到業界,他們也可以順利做他們想要做的論文;公司可以得到對這個領域的一些新資訊或新突破。

威宇:剛有聊到可能 CoWoS 還是屬於在 2.5D,這個是可能過去幾個月比較紅的。我們講到真的到 3D,目前它的整個進程大概是到哪裡?它的瓶頸又是什麼?

陳冠能:我們舉個例子來講,像台積電有個 SoIC,它的概念比較像是 3D。在 3DIC 界的一個定義來講,現在台積電、Intel 跟三星大家可能對於 3DIC 有不同的定義,但是原則上來說其實沒有差太多。

3DIC 我們比較看的是有 Function 的兩個元件或者兩個晶片或者兩個模組,把它垂直地堆疊在一起的,這個叫 3DIC。如果是 Side by Side 兩個放在一起,像我剛剛講的兩個大樓、隔壁的,這個叫 2.5D。現在 2.5D 很多變形,有些人也會在地下室買一些小晶片在裡面,這個都是算後續的變形。

3D 如同剛剛提到,最直覺的是兩個辦公室上面跟下面把它直接疊在一起。其實這還會影響到像 IC 的線路設計這些問題,因為它全部的線路都要重新做。

威宇:等於那些電梯的地方不能夠有線路通過嗎?

陳冠能:對,要如何讓電梯放在最合適的地方,又不會影響到其他原來的走線,這些東西是很麻煩的。因為原本是兩個大樓、兩個獨立的晶片,各自看完之後只要管最後出來的那一些地方,現在變成全部的東西都要一起看。其實就設計的角度上來講,這個是需要比較多心力思考的,這是第一件事情。

第二件事情是如果把兩個的主動晶片或者甚至像邏輯晶片,您剛剛提到直接把它堆疊在一起,疊兩片、三片甚至四片之後,其實因為它有高度的運算,所以散熱會有很大的影響。

我們剛剛有提到電晶體在過熱的環境下,它其實會有問題,所以沒有辦法第二層第三層直接做製程,也是因為都跟熱有關係。當比較多的堆疊之後,我會發現熱會散不出去,散不出去會造成很大的問題,這個當然也衍生到比如說像散熱這些現在比較紅的 Isuue。當然我們可以思考等到兩層、三層疊在一起之後,其實會比較複雜,會有更多必須要考慮的部分。

以目前 3D 的角度上來看,直接疊多層的 3D 就如同我們剛剛講的。比較多的是像記憶體的這種不管是 NAND 跟 DRAM。因為它其實比較沒有牽涉到運算,所以它的熱比較容易被處理。再來,因為它都是一樣的東西,所以它在設計上面也比較好處理,在製程良率上面也比較容易進行。

但是當東西是不一樣的,就比較麻煩。甚至您剛剛有講到說像異質整合,今天如果說是兩個不一樣的東西要做堆疊,Dye 的大小可能會不一樣,就必須要有一些新的一些設計跟考慮。

最後一個可能是另外一種需要考慮的,但是比較偏製程。大家可以向,現在的晶片跟晶圓厚度都是大概 0.7mm 或者 700 到 800 微米左右的厚度。但是我們事實上電晶體只有做在上面 10 個微米左右的厚度,所以下面其實有相當深的 Silicon,矽的部分是沒有被使用的。

當我要把東西堆疊在一起的時候,我必須要做的就是像 SoIC 把兩個東西面對面這樣疊在一起。疊在一起之後,就會發現我的主動層都是埋在裡面的,上面還有一層厚厚的。

威宇:上下都有。

陳冠能:下面都有,怎麼樣把東西弄出來?這個其實是其他技術必須要考量,可能必須要把其中一片的晶片剪得非常非常薄。剪薄之後可能會有其他的一些問題,包含晶片翹曲、應力的問題,這些東西就是比較複雜。

威宇:你說怎麼把那邊的東西弄出來是什麼意思?資料怎麼傳出來嗎?

Sky把電路那些。

陳冠能:要把電路弄出來,如果說以 3D 的角度上來講,常常大家在做的是比如舉例來講,把上面的晶片裡面,它旁邊先放很多的 TSV,可是那 TSV 不是挖到最下面。這個也是另外一個半導體的知識,比如說挖一個 TSV,挖了一個電梯的洞,接下來要把金屬線填在這裡面。

直徑跟深度的比例能夠填到最裡面全部填好,目前來講大概是 1 比 10 左右。我開了比如 100 微米這麼寬,我就可以挖到 1,000;但如果說我們是整個晶圓是 700 微米,這個就要挖到 70 微米。可是 70 微米大家可以想像,那是一個非常非常大的面積。

我們在半導體製程寸土寸金的情況之下,這個 TSV 越大,表示浪費了越多空間,所以要想辦法把它做得非常非常小,深度就要變得非常非常薄。也就是我必須要有能力把整個晶圓磨得非常非常薄,磨到最好是完全不剩一點點才可以。

可是這是一個非常困難的事情,大家可以想像 300 毫米或者 12 吋的晶圓要磨到,比如說舉例來講 100 微米,那是非常非常薄的一件事情。有很多很多其他衍生的部分,其實就是 3DIC 做的。

像我剛提到 SoIC,它就是面對面先把它疊完之後,從背後把它磨過來,裡面有先埋一些 TSV,所以它就有一根一根突出來外面。

威宇:疊完之後再把它磨掉嗎?

陳冠能:對,有的是疊完之後再磨掉,有的是先疊再磨。其實有各種不同變形,這是為什麼剛剛跟各位提到 3DIC,其實這些關鍵技術就是我們剛剛講的這幾個,比如說有 TSV、有 Bonding,另外一個是 Thinning 把它磨薄;Thinning 之後又會衍生到如何 Handle 這個東西,叫 Handle Thinning。

這些東西其實都是一些關鍵技術,我們有很多種選擇方法,不斷變換選一個最符合大家的需求。

Sky剛剛講那個咬下來就是深寬比,對不對?

陳冠能:對,深寬比。

Sky我都自己看書,書上面說有一個比重,但實際上怎麼設計,我當然不知道。

威宇:我可以想像,其實就跟……。

Sky這你應該要很懂,只是你挖的是地洞,真的是地,因為他土木的。

威宇:這我可以理解,機器或鑽孔要鑽到越深,上面的孔就要越大,其實有點類似這樣的概念。

陳冠能:沒有錯。

威宇:不然也很容易崩塌或什麼的。

陳冠能:對。如果講到挖這個洞,其實它有另外一種作法,現在叫 Bosch 的 Process。事實上是挖起來是像這樣一個一個,有點像是葡萄一串一串這樣,所以它不會有……。

因為給你一把鏟子,一定是漏斗狀的,所以挖得越深,上面浪費得越多。現在做的這個方法是不會,但是它仍然有,就算是我很會挖,但是要填東西填進去也不容易,因為完了之後要填銅進去裡面。

威宇:它有可能會卡住或怎麼樣的,因為旁邊不平整。

陳冠能:旁邊不平整或者旁邊有一個小洞、中間有個小洞,整個就沒有辦法了,所以這個其實是另外的一個挑戰。

我剛剛有提到深寬比大概是 1 比 10,是目前來講業界比較可以做得到的部分。大家可以思考,假設現在整個晶圓磨薄的能力大概是 100 微米左右,TSV 就變成 10。10 乘以 10,跟如果挖到一個很大 100 乘 100,其實可以用作我們整個半導體真正在做電晶體的位置,差距非常非常大,所以大家都希望可以越小越好。但是會影響到其他部分,所以這變成是比較困難的一件事情。

我回過頭來講到剛剛講的堆疊,假設今天是邏輯在堆疊,目前比較看到的是邏輯疊一個記憶體,不管是像 SRAM 或其他,它盡量避免是兩個邏輯直接堆疊。因為我們剛剛講到說有散熱的問題,還有其他需要處理的問題。

威宇:所以邏輯疊一個記憶體是現在已經很多了嗎?還是沒有,這是現在大家正在研究的領域?

陳冠能:應該說算是比較現在正在看的一個領域。最近有一些公司有提到,像 AMD 就是類似像這種方法製作的,絕大部分大家比較……。

威宇:所以它們已經做出來了。

陳冠能:已經有做出來了。

威宇:已經是一個量產的產品?

Sky但還沒有拿到。

威宇:已經發表了。

陳冠能:在技術發表會上面已經有發表。

威宇:所以它們產品還沒有開始賣嗎?

Sky應該還沒有到客戶手上。

陳冠能:應該是絕大部分就算是現在有的話,因為在我們播出的當下,可能已經有比較多的。現在在目前來講,這樣的解決方案是大家都已經在看,而且技術上是可行的。但是對於後續的良率跟產品的定價,這些我這邊就比較沒有辦法了解。

我剛剛講的這些堆疊的方法其實是比較有的,這個已經 Ready 了。但是這個又牽涉到 2.5D,跟這個其實是不太一樣的。因為我們現在提到的 Memory 跟邏輯的堆疊,其實是一種高密度的堆疊。

它有點回過頭來,像台積電講的 SoIC,它是用銅─銅直接的結合,正好我在 MIT 的博士跟碩士論文題目就是這個。

Sky:Cu-Cu Bonding 那個。

陳冠能:對,Cu-Cu Bonding 就是我在 MIT 的研究題目。2.5D 其實現在比較還沒有用到,2.5D 比較有點像是像 Micro Bump。因為越縮越細之後,所以必須要捨棄 Bump,直接用銅直接對接,旁邊用二氧化矽的介電層直接接在一起。

這個就是等到我們現在講的這種直接堆疊,不管是 3D 或者 SoIC,其實就回到了我們前面講的,在 MIT 一開始我們提出來就是希望做這個東西,現在時間已經到了。

Sky終於就過了,技術演進了這麼多年,終於業界追上了,達到了當年的期望。

陳冠能:有點像是這樣。

威宇:這邊能不能先稍微再科普一下 Micro bonding 跟銅─銅對接,這兩個差別是什麼?什麼是 Micro Bonding?銅─銅對接又是什麼?

陳冠能:我稍微更正一下,應該叫 Micro Bump。其實我們可以說這個從封裝的角度上來看,外面有一顆一顆的球,這個球可能要放在基板或載板上面的。它是對外連接的,它有可能是 BGA 或者是更大的球,這些球可能都是有一些焊錫的材料。

隨著封裝它也需要繼續微縮,它慢慢會從 BGA 或者其他這些,慢慢微縮到比如說 Solder Bump。Bump 就是一顆圓圓的,類似像這樣的一個東西,它主要材料是錫為主。隨著錫在可靠度或微縮上有一些限制,慢慢會變成是以銅為主的,所以到現在慢慢會變成有銅柱、銅球類似這樣的東西。

它可以從原來的 100-200 微米的直徑大小,慢慢變成到 50、40、30、20,也是為了 I/O 數、通道數要越來越多。縮到最後當全部都變成銅了之後,最簡單乾脆直接用我們銅線上面的一個金屬墊,直接拿來做就好了,就不需要那一顆了。如果那個金屬墊直接跟下面的金屬墊連在一起,就直接可以。

這個金屬墊可能像我們前面有提到的,比如說可能是 10 微米、20 微米、甚至次微米,未來的目標是這樣;或者像 NAND 這些應用,或者說像 CMOS Image Sensor 已經用到 2 微米跟 5 微米,所以可以做得越來越小。

可是這個傳統的 Micro Bump 或者像錫球 Solder Bump,大小是做不到這麼小的,所以自然而然地會比較像從先進封裝又移到半導體晶圓代工的金屬製程,慢慢堆疊又移除掉了那一塊的部分。

Sky那一塊的難度就對了。

陳冠能:難度會變得更高。大家也可以想像傳統來講我有一顆球,這個錫球可能是 100 微米這麼大,100 微米上下把它疊在一起,可能誤差 10 微米。

Sky比較容易對。

陳冠能:還是對得到。可是我今天只剩下 5 微米、2 微米,又很密很密,一個不小心就沒有對到;甚至我還會對到其他的,這樣完全都不行,所以這個難度會越來越高。

再來是那麼多個東西,在有球的年代可能是比較容易變形,也比較容易確保每一顆都疊得到;當全部都是平的情況之下,可能一個 Chip 上面就有好多好多個,我要如何確保每一個都可以……。

Sky要 Check 它有沒有通電。

陳冠能:每一個都要可以黏得到,如果沒有黏到就空了,就變成短路了,短路就麻煩了。

這也回應到剛剛另外一個問題,邏輯對邏輯其實非常重視這種良率,要每一個都可以疊得到,這個是另外一個。

Sky不然一次壞兩顆。

陳冠能:對,變成是這樣的情形,所以在技術演進上面會越來越難,但是目標也是希望 Performance 性能可以越來越好。

威宇:我這邊突然有一個好奇的,因為剛剛有提到我們做 3D 堆疊,可能堆個什麼兩層、三層、四層。可是有提到現在的方法比較像是有正反兩面,就是對面對正面倒過來疊,這樣要怎麼疊第三層?因為等於它就已經在中間了,已經像夾心一樣只在中間。

陳冠能:您問到一個非常好的問題。堆疊其實有兩種作法,一種叫正面對另外一邊的正面,疊完了之後另外一邊的背面就要朝上,變成說可能要磨薄、把它外面凸出來。可是會變成其他的會比較麻煩一點,所以……。

威宇:它會是以 2 為倍數,對不對?其實疊到第三層跟疊四層差不多。

陳冠能:理論上是這樣子。

Sky總匯三明治?

陳冠能:理論上是這樣沒有錯,但是這個在實際執行上會有一些比較麻煩的地方。因為在設計端其實比較複雜,要一下翻過來、一下翻過去。

事實上我們在 3DIC 或者在先進封裝的發展,其實是記憶體先出來。記憶體做的方法就不是我剛剛講的這種方法,這個可能我也是口述來跟大家說明一下,它其實是這一個的正面下面去疊。

Sky它的正面就直接放上去,像放椅子一樣。

威宇:都是正反、正反、正反這樣。

陳冠能:對,它就正反正反這樣疊下來,每一個都是長一樣的目標。可是我剛有提到上面的這個晶圓或晶片可能有 700 個微米,如果說你要挖一個 TSV,以我剛跟大家介紹的 1 比 10 這種概念是不可能的。

唯一的方法是必須把這個東西磨得非常非常薄,但是磨得非常非常薄,這個又會容易破掉又容易彎曲,所以我們怎麼做?我們做的就是剛剛前面跟大家講的暫時性的接合,或者有些人叫 Carrier。

舉例來講,拿一個玻璃,這上面塗上一層高分子的膠,把玻璃黏上去。黏上去之後就會變成兩個,上面這個也是玻璃晶圓,下面是一般的晶圓,我們就黏在一起。從下面把它一直磨、一直磨,磨到非常非常薄了之後,這上面是不是一層玻璃,有一層高分子的膠下面有很薄很薄的這一層。

我把這一個東西把它搬過去放在另外這邊,放完之後剛剛上面這邊不是本來有高分子的膠嗎?上面有一個玻璃,我用雷射的方法把中間的高分子融掉,再把它拿掉,就變成那個轉過來,每一次都一直做。

Sky大家終於知道什麼是暫時性貼合。

陳冠能::對,就暫時性貼合。

Sky有一個設備是做這個東西的,應該是香港公司滿多的。

威宇:因為大家可能看不到教授的手勢,我試著也來解釋一次。

上面的晶片因為它原本底很厚,如果把底削薄,在搬運的過程或在疊的過程中都很容易出現問題。所以是先在上面再加一層固定再黏一層玻璃,讓它固定好以後,把下面的削薄,疊到另外一個晶片上以後,再把上面固定的拿掉,有點像這個樣子。

陳冠能:是的,沒錯,完全沒有錯。

做這件事情完了之後呢?因為它削薄了還是有一個厚度,這個厚度上面跟下面,可以先做剛剛講的 TSV。削薄後讓 TSV 曝露出來,或者是疊完了之後再想辦法從上面挖 TSV,鑽那個洞。因為現在已經變薄了,所以挖這個洞相較之下比較簡單。

威宇:我聽起來覺得如果有技術能夠做到這個,這不是比前面正面對正面的方法好很多嗎?

陳冠能:不會。因為第一個是削薄的過程之中,其實就花了多一道製程;再來有這個暫時性貼合的時候,它有另外一個部分要做;再來我還有用雷射要把它解膠,這些東西是多的步驟。

我們目前產品發展到現在來講,大家就會發現,比如說像記憶體都是用這種方法一層一層做這樣處理的。因為它是固定的,所以它的成本可以大量減少,而且可以疊多層以上。

但是對於疊兩層的,其實我們大家比較沒有看到這樣的作法,它就直接這樣翻過來,它就不用玻璃的。反正疊完了之後從背後磨薄,裡面的 TSV 露出來,往外接線就接完了。

Sky如果疊很多不一樣的 Dye,每一層都要做不一樣的事情,光調參數就調死你了。

陳冠能:對,再來還有另外一件事情,Sky 這邊有提到,其實還有牽扯到另外一件事情。

我們今天是要用晶圓對晶圓,還是晶片對晶圓、晶片對晶片的堆疊?因為它的每一個 Dye,假設是不同的 Dye,大小可能會不一樣,所以不太可能會這樣。可能是全部都磨完之後,再一顆一顆切下來,再一顆一顆 Bump,會變得非常複雜。

威宇:我今天對於整個作法有更詳細的了解,因為之前可能就知道是垂直堆疊或水平,可是裡面到底長什麼樣子……?

Sky看流程圖沒有感覺。

威宇:就不知道裡面到底長什麼樣子。

Sky好像玻璃。

如何看待關鍵產業 AI 晶片 、低軌衛星的發展

威宇:所以今天我覺得真的是了解非常多,相關廠商或相關發展就留到論壇再來講。

不過剛剛有提到教授合作的廠商,在整個供應鏈上下游其實都有,對不對?我們從材料到晶圓的製造再到封裝,你都有合作,聽起來可能設計這邊也要有點涉略。

對於最後最終端,像現在很紅的 AI 晶片來說好了,現在主要都還是 NVIDIA,NVIDIA 還是最厲害,其他廠商都想要來做。你會怎麼看這件事情?

陳冠能:這是我個人的看法。AI 在未來有很多可以應用的場域跟情境,NVIDIA 其實它做的比較像是通用型的 AI 晶片,大家都可以利用到它的算力。

我們現在看到有很多公司自己都跳進去做自己的,其實它們或多或少都會希望,它們設計出來的晶片要執行的東西比較不會是通用型,是為了它們公司的某些產品或者某些未來的應用做的,其實還是有一些區隔。

當然它的確會影響到,如果說各自都發展得很不錯的話,對於 NVIDIA 來講可能份額就會變少。但是我們也可以想像 AI 的趨勢,以目前台積電來講,它的營收其實也沒有那麼高,對不對?

但是你可以想像它的未來是以倍數成長,如果倍數成長,這個地方少掉其實也不會影響到 NVIDIA。而且 NVIDIA 對於很多公司來講,它的需求是沒有能力自研晶片,但是仍然可以提供很多 Solution。

我覺得其實應該有點像是這個餅越來越大,所以大家都不會因為大家各自做各自,反而是如果產出這個晶片,這可能會是比較大的挑戰。

威宇:其實現在不用太考慮競爭,反正這個餅大到只要做出來就有。

Sky成長速度太快了,大家都會吃到。

陳冠能:對。

威宇:你只要做得出來就會有買家。

陳冠能:對,當然我們不能說短期內會不會有過剩,因為其實 AI 才剛剛開始出現。但是如果把時間軸要拉到 10 年、20 年以上,我相信大家沒有人會說這個 AI 的趨勢是一個 Bubble,短期有可能;但是長期來講,我相信這個是無庸置疑的。

新創公司「創未來科技」介紹

威宇:我們最後來聊一下,因為知道教授去年有加入一間新創公司——創未來科技,這是一個衛星通訊的新創,為什麼你會加入一個做衛星通訊的公司?是看到什麼東西嗎?

陳冠能:好,必須要稍微說明一下。創未來科技的創辦人是我在交大的同事,他之前也是陽明交大電子的同事,我們認識非常久,所以我一直對於他的這個創業充滿了敬佩。

他後來決定投入之後,我這個人本身對於業界其實滿有好奇心的,希望看到技術可以變成真正的產品來創造人類的福祉,這個是我自己一向的目標,也希望可以做到更多。

這間公司其實在開始創業之後有多樣的產品。

Sky最近它有去軍工航太展,我看它展出很多東西。

陳冠能:其實很多產品都需要先進封裝,因為不管是軍工或是公司本身發展衛星或通訊,或者未來一些無人機什麼的,其實它們都有一個共同的需求。可能目標也是未來是有要輕薄短小、要能夠高散熱能力的,才有辦法提升它的 Performance。

這一些正好跟我的專業都非常相關,這間公司看的又是未來的前瞻產品,所以我覺得我的加入可以協助這間公司在這個部分提早佈局。甚至因為大家可能現在可以提供的 Solution 往往是沒有辦法 Meet 這間公司未來的產品,所以必須要有人過去協助它們。

在這樣一個前提下,同時我又可以不影響目前的先進封裝研究之下,他又提出邀請,我覺得這也是一個滿難得的機會,所以就加入。

威宇:我滿好奇您目前的專業是怎麼樣協助這間公司?它們在做衛星通訊,我們剛在聊的這個先進封裝,前段的一些晶圓代工或晶圓製造廠、再到後面的一些封裝,這個感覺起來都算是滿前面的東西。

衛星通訊它可能已經到比較後面,要買晶片、要自研晶片設計,再交由這些廠商來幫忙製造,它們這間公司為什麼會需要研究先進封裝的東西?

陳冠能:應該分兩件事情來看。第一件事情,我自己的研究其實從先進封裝一開始比較偏前段的半導體製造,其實已經向下延了。我剛剛沒有跟各位提,其實我合作的單位已經有到達做玻璃的、做面板的、也有做載板。

剛有提到玻璃,其實玻璃就跟天線有相當大的關聯,也有相當多散熱的一些……。我做到很後面的系統跟模組,所以已經從上面做到非常下游,這邊都算是我們團隊的防守範圍、研究範圍。

威宇:模組怎麼樣比較小,這個東西也是你的專長。

陳冠能:也是我們在做的,所以剛剛有跟各位講到,創未來本身就有設計晶片的能力,因為我們本身就是教授,也是做 IC 設計起家的,天線、雷達設計這些都不會太困難。

大家有看到已經有做到最後面的產品,不管是無人機防禦或是像衛星裡面的酬載,這個都是後面整體的東西,其實這間公司也是從上面可以做到下面。

Sky應該是可以從晶片開到最終產品,全部都一條龍。

陳冠能:我們的目標有點像是這樣,中間有這些部分其實正好是我可以去協助它們的,把這一塊把它補起來。

威宇:製造也要自己做嗎?

陳冠能:沒有辦法製造。

Sky要委託別人。全部都有能力,全部都委託就好了。

陳冠能:但是有一些關鍵或概念,是我們這邊可以先知道、先把它做出來,可以找到合適的,它並不是一間大量生產跟製造的。

Sky看起來像是設計公司。

陳冠能:但是每一階段重要的設計跟重要的環節,都是由這邊來完成。

威宇:有點像是設計晶片會有自己設計的部分,跟模組要怎麼樣兜可能也會是。

陳冠能:這邊都可以完成。當然有很多選擇,也不見得全部都要自己設計,有些可以透過外面採購,這些其實都是可以。因為在產品端,有時候還是要看很多種不同的面向跟考量。

Sky反正核心的技術留在公司就好了,剩下的其實可以外包。

威宇:這間公司到底想要做什麼?這間公司的目標是什麼?

陳冠能:這間公司的目標,我想以後有機會的。

Sky我們找他的那個。

威宇:我們找創辦人。

陳冠能:可能再請您這邊來訪問他比較適合。

Sky這個面向比較不適合講。

威宇:好,沒問題。因為聽起來還是可能跟衛星通訊有點關係,我們這次剛好有低軌衛星的主題,你自己怎麼看這個產業?

陳冠能:我覺得這個產業的可塑性跟未來性其實是相當廣泛的,尤其是假設我們今天看的是低軌衛星,它在通訊、遙測、照相這邊,其實都有現在技術無法達到的部分,不管在廣度跟應用上。

比如以通訊來講,它可能在比較遙遠、比較偏遠的地方,或者說在特殊需求 5G 跟 6G 沒有辦法完成的地方,它可以用低軌衛星完成。再來,它可以很快速地收集一些資訊,不受到天候的影響。

我覺得它的應用情境是非常廣泛的,如果可以結合目前我們這些演算法或 AI 技術的進程,我相信還有更多應用可以被創造出來。

威宇:有沒有什麼是你特別期待的?

陳冠能:我覺得舉例來說,像網路的覆蓋、通訊的覆蓋可以更無遠弗屆,可能包含車子上或隨時隨地,都有辦法可以很迅速地連通到你所想要的地方。這有點像是未來的智慧城市或智慧生活,應該都有機會透過這樣的補強,達到真正更理想的生活。

威宇:之前我們其實訪談蔡華龍教授,他就有提到飛機可以隨時可以上網,不用買那麼貴的機上 Wi-Fi。

Sky我們的要求比較微小,可以不要再看那個電影了。

威宇:我的手機解析度比較好。

陳冠能:對對。

威宇:最後一個問題,其實我滿好奇教授現在一天的時間到底怎麼分配?因為你要帶學生、你要教課,還有很多實驗室計畫、產學合作,現在還有新創公司創未來;甚至你還是東京工業大學的教授,在那邊也有教一些課或者是帶學生嗎?

陳冠能:東京工業大學那邊比較像是它給我一個榮譽職,我們有跟它有一些合作計畫會共同執行合作。我們學校跟它們有簽雙聯學位,所以有時候我的學生會過去那邊,透過這樣可以讓雙方更緊密一些。

威宇:這麼多事情到底要怎麼樣調配你的時間?

陳冠能:其實這麼多的事情,但是每件事情都有輕重緩急,應該是盡量讓自己做事情比較有效率一些。

威宇:有沒有什麼訣竅?我現在很需要。

陳冠能:我覺得這個可以通過不斷練習達成。

Sky只能說做就對了。

威宇:有什麼時間管理的秘訣可以分享?

陳冠能:也沒有什麼,通常會覺得不管是今天或者未來,要排定行程或要做的時候,要很明確知道自己在做什麼事情,以這樣的目標做導向,這樣會比較有效率。我覺得事先還是要有比較好的計畫,對於要做的事情排出一些輕重緩急,我相信還是有辦法。當然也我也不是超人,還是要有相當的時間。

剛剛講的幾個題目其實都圍繞在我的先進封裝的研究裡面,其實很多地方是互相有 Overlap。只要透過有一些 Overlap,包含我的研究、我的學生還有包含像在公司這邊,其實它們圍繞的核心並沒有太大的差別。這樣就不會感覺起來有 4 份工作、要 4 倍的時間,搞不好只是多了 1 點多倍的時間也不一定。

威宇:最後感謝教授跟我們分享這麼多,還有很多可能像供應鏈、影響或順序。

Sky剛剛提到玻璃。

作者:財報狗

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