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機械聚落結盟打造護國群山
支援晶圓製造2.0自動化演進

【作者: 陳念舜】   2024年09月27日 星期五

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受惠於當今人工智慧(AI)驅動全球半導體產業顯著增長,從材料到技術的突破,更仰賴群策群力,半導體技術也需要整合更多不同資源,涵括先進與成熟、前後段製程設備,才能真正強化供應鏈韌性與創新實力。


依SEMI最新預測,2024年全球半導體製造設備銷售成長力道將延續至2025年,銷售額年增3.4%至1,090億美元以上,超越2022年的1,074億美元而創下歷史新高紀錄。且預估2025年將在先進製程晶片前後段封測製程需求共同帶動下成長16%,銷售總額可望來到約1,280億美元,再創歷史新高。


SEMI台灣區副總裁蘇貞萍表示,隨著晶片成本與複雜度的提升,無論是先進或成熟製程,均開始導入使用3D IC/CoWoS、異質整合、FOPLP、Chiplet等先進封裝技術,機械業可從中扮演多元角色,在台積電、日月光帶領下跟上歐美大廠腳步;進而擴大投資研發領域,打造更多台灣半導體在地的ECO system夥伴。


有別於半導體前段製程幾乎由全球5大半導體設備業者所掌控,台灣精密機械業者在後段封裝與測試設備上,已初步具備供應能力,涵括生產、檢測兩大類的設備及零組件,更是業者千載難逢的挑戰與機會,偕法人積極參與半導體產業的先進封裝技術與設備市場。


其中半導體生產用設備及零組件約占7成左右,又受惠政府推動各項企業創新研發計畫,加上鼓勵國內外半導體廠商在台投資,並媒合彼此合作,促進設備製造在地化及國產化,挹注半導體生產用設備及零組件產值自2012年以來以2位數的增幅高速成長。



圖一 : 受惠政府推動各項企業創新研發計畫,加上鼓勵國內外半導體廠商在台投資,並媒合彼此合作,促進設備製造在地化及國產化,挹注半導體生產用設備及零組件產值高速成長。(攝影:陳念舜)
圖一 : 受惠政府推動各項企業創新研發計畫,加上鼓勵國內外半導體廠商在台投資,並媒合彼此合作,促進設備製造在地化及國產化,挹注半導體生產用設備及零組件產值高速成長。(攝影:陳念舜)

地緣政治衝突加劇 半導體偕在地供應鏈布局

加上因應地緣政治衝突加劇,吸引台積電到當地設廠作為重要的經濟戰略。為了強化台灣半導體供應鏈的自主韌性,機械設備業者也期望能在半導體廠商的牽成下,有機會成為重要的半導體設備供應鏈後盾,藉此開啟了半導體產業對台灣精密機械潛在的合作機會。未來也有賴於半導體、精密機械兩方產業繼續深入合作,投注心力在化合物半導體、先進封裝測試等次世代關鍵技術和機械設備發展,進而打造真正的護國神山群。


回顧自2023年下半年迄今2年來,驅動半導體設備大幅成長的主力,雖然AI用資料中心使用的最先進半導體投資已經全面啟動,仍無法彌補下滑部分。反而是中國大陸對於成熟製程設備的大舉投資,以及為了防止美方出口管制而加碼採購。


依SEMI統計大陸在2024年上半年採購晶片製造設備方面支出高達247.3億美元,比起美、韓、台灣和日本等傳統晶圓廠投資市場同期花費的總和236.8億美元還多,全年對大陸市場的設備出貨額預估將超過350億美元,可能很快就會面臨成熟晶片產能過剩的問題。


SEMI資深總監曾瑞榆進一步指出,目前光是全球前4大半導體設備廠在大陸營收占比已從20%連6季成長至40%~50%(2023年Q1~2024年Q2),不僅增加了市場可能過度集中的風險,也未必能永續發展;在地緣政治造成的出口管制下更是難測,預估到了2025年大陸投資手筆將相對放緩以消化產能。


其中後段封測製程設備投資於今年始見復甦,預估將大幅成長10%。但到了2025年則預估會由先進邏輯IC、HBM記憶體等製程接棒,包含前後段製程設備成長將達到15%~16%,回到2022年水準。台灣在28nm以下投資占比45%、10nm以下占比70%領先全球,卻也擔心會被視為過度集中;直到2027年真正大幅成長區域,還是包含歐洲、日本、東南亞及印度,甚至是在晶片補助政策激勵下的美國。


曾瑞榆認為,受惠於AI帶動PC、Smart Phone等邊緣(Edge)裝置、雲端應用複合成長率達47%,將推進半導體產業2030年成長達到千億元美金。「待今年下半年景氣緩慢復甦、明年高度成長,半導體產業成長會更全球化。」預估成熟製程在大陸積極投入後將供過於求,未來勢必要結合供應鏈轉型升級。


切入成熟製程後段自動化 台廠晶圓製造1.0不缺席

回顧過去台灣兩兆雙星產業時代,半導體廠每站生產製程中的物料搬運開始朝智慧化運輸發展,台系設備大廠包括廣運、盟立、均豪等,也從自主移動機器人(Autonomous Mobile Robo;AMR)開始,逐步朝向空中無人搬運車(Overhead Hoist Transfer;OHT)發展,進而成立G2C聯盟,期盼先行導入封測廠替代進口;另有家登、迅得組成在地供應鏈,跟進協助半導體產業全球布局。


晶圓傳載解決方案大廠家登精密表示,今年該公司晶圓光罩載具穩定出貨、晶圓載具提升市占,將隨著成熟與先進製程同步爆發成長動能,預期全年營運將季季走高,持續擴廠提升產能是今年營運發展重點;配合明年CoWoS發展、3D封測(Panel FOUP)出貨穩定提升下,集團營收將挑戰百億元。


在先進封裝及下游產業自動化程度提升趨勢下,OHT開始從過去半導體晶圓製造大廠擴及封測與下游領域。迅得也推出自主開發的OHT新系統產品技術,有助於提供半導體封測廠及下游IC載板廠,更完整的自動化物料搬運系統(AMHS)解決方案,成功降低客戶投資成本,後續將朝向產業無人化、智慧工廠願景努力。



圖二 : 在先進封裝及下游產業自動化程度提升趨勢下,OHT開始從過去半導體晶圓製造大廠擴及封測與下游領域。(攝影:陳念舜)
圖二 : 在先進封裝及下游產業自動化程度提升趨勢下,OHT開始從過去半導體晶圓製造大廠擴及封測與下游領域。(攝影:陳念舜)

先進封測製程來居上 跟進晶圓製造2.0商機

此外,因應目前為彌補AI晶片產能不足而導入CoWoS、FOPLP等先進封測製程,則不僅提高了晶片運算能力,還降低功耗,支援AI系統提升性能。其中關鍵的玻璃基板製程,包含TGV、濕蝕刻、AOI光學檢測、鍍膜及電鍍等。


至於異質整合高度客製化的先進封裝做為beyond Moore's law的重要策略,有別於傳統標準量產型的封裝,重要性與成長性更勝過往,與先進製程節點的發展並駕齊驅。在外溢效果下,封測廠同步擴大投資,先進封裝投資熱度高,都是設備廠商成長的機會與動力。


從過往經驗來看,當新的封裝技術出現時,設備與封裝測試廠會是受惠最大族群。待未來製程成熟而促使這些台灣設備大廠更為進化,皆大舉進軍先進封裝領域,以提升毛利率。如志聖、均華、均豪等業者,2024~2025年便有望持續受惠CoWoS擴充產能的趨勢,並逐漸在部分封裝製程取代國外廠商。


另有別於3D垂直堆疊的CoWoS封裝,主要運用在先進製程的AI伺服器、GPU/CPU運算晶片封裝,FOPLP則主要應用於成熟製程為主的車用、物聯網的電源管理IC等,講求降低成本、期望利用面積更大。但目前遲未能放量,除了良率未臻理想,早在2015年問世以來,即因為翹曲問題而未普及;尚有510x515mm、600x600mm等尺寸規格標準未定的原因,連台積電也預計2027年才有望進入量產階段。


盤點目前台灣FOPLP相關設備供應鏈,先進封裝設備也各擅勝場,包括:濕製程領域有弘塑、濺鍍/蝕刻設備廠友威科、雷射修補設備商東捷、載板乾製程設備廠群翊、AOI檢測大廠由田及牧德、RDL製程設備亞智科技、電漿清洗及雷射打印廠商鈦昇及盛美半導體、自動化設備商萬潤、設備系統整合廠迅得、特殊合金載板鑫科材料等,皆可受惠此商機。



圖三 : 每當新的封裝技術出現時,設備與封裝測試廠會是受惠最大族群,待製程成熟而促使這些台灣設備大廠更為進化,以提升毛利率。(攝影:陳念舜)
圖三 : 每當新的封裝技術出現時,設備與封裝測試廠會是受惠最大族群,待製程成熟而促使這些台灣設備大廠更為進化,以提升毛利率。(攝影:陳念舜)

垂直領域結盟生態系 跨域搶占先進封測商機

其中鈦昇除了自行研發半導體封測廠所需的玻璃雷射改質TGV技術,也隨著異質整合技術發展,而延伸到前段製程。進而組建E-Core玻璃基板供應商大聯盟(Ecosystem大聯盟),與10餘家在地優質半導體設備、視覺影像與檢測設備商、半導體材料以及關鍵零組件廠商合作。預期2026年玻璃基板將開始小量出貨,未來將是供應鏈廠商重要營運動能。


並在今年SEMICON Taiwan展現聯合發展玻璃基板中的核心技術Glass Core製程,共同完成515x510mm尺寸玻璃glass core樣品,涵蓋了從雷射改質、蝕刻通孔、種子層鍍膜等製程。且提供針對ABF後玻璃雷射切割的雷射倒角(Laser Beveling)與雷射拋光(Laser Polishing)解決方案。


另有志聖、均豪及均華在2020年合組G2C聯盟,發展一站式服務,攜手搶攻先進封裝商機,拓展半導體設備市場。除了晶圓大廠外,還扮演了半導體封裝測試(OSAT)領域的長期合作夥伴,客戶涵蓋了全球前10大OSAT公司,證明了技術實力受肯定。於今年SEMICON Taiwan以「西部廊道鑽石鏈(diamond chain of Taiwan's west golden corridor)」為核心,重點介紹其在先進封裝領域中的重要角色,以及與國際晶圓大廠的深厚合作關係。


並深入探討在Foundry 2.0放大了半導體的總體市場之後,雙方進一步深化了在高速擴張的先進製程與量產支援方面的夥伴關係。G2C聯盟成立目的就是整合,不再是以設備廠商提供者自居,而是解決方案提供者,針對客戶面臨的問題,予以客製化改善。


例如均豪過去以面板業為主要目標市場,近年積極擴大半導體領域發展,提供再生晶圓製程自動光學檢測設備、基板研磨檢測設備等,並運用過去46年累積的核心技術發展半導體相關製程設備已漸趨成熟且善用AI功能。新推出的近紅外線斷層掃描設備有助於封裝廠提升良率,可望於年底能夠通過客戶認證,今年半導體相關營收比重將超過60%。


預期台積電連兩年 CoWoS 產能翻倍,日月光投控也積極擴充先進封裝產能,並雙雙發展面板級封裝,看好3年之後2026年CoWoS 產能緩解後,將由FOPLP 接手成為擴產新契機,因此預估未來將出現台灣黃金10年,對G2C聯盟也是很大的成長機會。


精密機械與工具機生力軍報到 完善產業鏈上下游版圖

今年SEMICON Taiwa除了有第三度參展的台灣機械公會,更加入了工具機暨零組件公會生力軍分別設立專區,以展現上下游業者鏈結半導體設備,強化在地供應鏈韌性的決心,進而帶動產業外溢效應共存共榮,邁向國際場合競爭。無論是在強化半導體供應鏈自主化、或面對智慧淨零轉型的路上,精密機械都能扮演關鍵時刻的重要夥伴,應對不斷變化的國際外部環境。



圖四 : 今年SEMICON Taiwa除了有第三度參展的台灣機械公會,更加入了工具機暨零組件公會生力軍分別設立專區,以展現上下游業者鏈結半導體設備,強化在地供應鏈韌性的決心。(攝影:陳念舜)
圖四 : 今年SEMICON Taiwa除了有第三度參展的台灣機械公會,更加入了工具機暨零組件公會生力軍分別設立專區,以展現上下游業者鏈結半導體設備,強化在地供應鏈韌性的決心。(攝影:陳念舜)

其中機械公會今年共有超過百家以上的會員參展,包含大銀、上銀、迅得、台鑽、全鑫、旭東、銀泰、直得、盛技、高明鐵、世紀、匠澤、源台、元大維、泰陽、創智、機元、穎漢、慶鴻、盟英、達明機器人等公司,正循序漸進地在產業科技應用與智慧發展中,發揮關鍵助力。


自動化設備業者高明鐵近年來積極進行轉型也展現成效,近期推出高精密度耦合對位系統銷售利基,在於高精度的機械設計及根據核心技術開發搭配的應用軟體,主要競爭對手為日本及德國廠商。在光通訊及半導體產業對於CPO需求增加之下,高明鐵近期產品系列更與全球國際AI伺服器領導廠商,以及台灣光纖被動元件與模組製造大廠洽談合作案,2024年下半年營收表現將更優於上半年。


另由台灣工具機暨零組件公會主導下,透過永進、百德、福裕、銅翌、鍵和等6家工具機業,以及上銀、普森等零組件廠商首度組成「TMBA SMART TEAM」,參加SEMICON Taiwan並針對半導體設備業以「產業生態系」的概念,提出一系列在地化生產解決方案。


其中東台近年來積極布局半導體產業有成,今年除了以3D列印技術與半導體設備大廠荷蘭ASML合作推出單軸晶圓減薄機,主攻第三代半導體碳化矽晶圓和其他硬脆材質的加工。同時與日本專業晶圓加工的Dry Chemical(DC)合作,共同為客戶提供最新「晶圓平坦化解決方案」為半導體製造過程中的材料處理提供關鍵解決方案,推出全新單軸晶圓減薄機,減縮晶圓製程時間、使用化學機械平坦化(CMP)製程的成本,提高生產效率。


由於無論製造或封裝,都會需要透過研磨來讓晶圓厚度減薄,東台利用最強大的機械加工優勢,因此投入邊緣加工、鏡面研削等實驗性產線,已經通過驗證,預計最快明年Q2走入客戶端市場。至於跟研磨技術有關應用,則已接到半導體廠訂單,未來會看客戶的製程適合切入點,期望未來3~5年半導體產業占電子事業部營收50%。


百德自2019年併購Winbro集團,便開始提供半導體設備廠Winbro鑽孔設備,順勢拿下美國半導體設備龍頭訂單,已獲在馬來西亞設廠的美國半導體設備龍頭下單採購20台氣體擴散板的鑽孔設備,雖然每台價格約3,000萬元去年已悉數交貨,但效率看來快4~5倍、成功率90%以上,未來將至少花2成力氣投入半導體。


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