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科技促半導體產業發展 芯粒冒起料成市場新寵

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全球進入物聯網、5G等科技新世代,帶動了微電子及半導體產業發展。由於製作晶片的傳統半導體材料不能滿足需求,第三代半導體材料乘時而興,而芯粒亦將逐漸取代晶片成為市場新寵兒。

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由香港貿發局、慕尼黑國際博覽亞洲有限公司及香港電子業商會主辦、職業訓練局合辦的「香港電子論壇 - 微電子及芯粒的最新應用」,請來業內專家剖析半導體行業及芯粒的發展趨勢,讓中小企掌握最新行業資訊。

芯粒密度高效益大  將取代晶片

Meridian Innovation Limited策略顧問盧偉明工程師表示,芯粒(Chiplet)近年在投資市場很熱門,亦突破了1965年由英特爾(Intel)創始人之一戈登 · 摩爾(Gordon Moore)提出的摩爾定律 (Moore's law)。根據摩爾定律,密集集成電路(或稱晶片,IC)中的晶體管數量,大約每兩年增加一倍,這亦解釋了為何在手機尺寸沒有增加下,其功能可增加一倍或更多。他稱,摩爾定律在過去數十年一直可行,但近兩年已開始行不通,因晶片體積已愈來愈難再縮小,密度亦不容易再增加,因此有人提議用芯粒,突破了摩爾定律 ,亦掀起投資熱。他以建築為比喻介紹芯粒概念:「歐美的住屋是平房,密度不高,亞洲如香港的住屋則向高空發展,密度亦高。摩爾定律就如建平房般,兩年翻一翻;若建高樓則可一年翻一翻,因而能增加效益。芯粒的基本原理就如建高樓般,將晶片搭高而組成,密度高,效益大。」他又以Lego闡釋:「芯粒有如砌Lego,將Lego切開一塊塊,再搭高。」隨着電子及科技產品功能愈來愈多,一粒晶片已不能滿足需要。他指,芯粒是一粒很細小及很精密的晶片,未來主要應用於手機、機械人、智能家居、網絡保安、汽車等終端電子產品。Meridian Innovation Limited策略顧問盧偉明指,芯粒未來主要應用於手機、機械人、智能家居、網絡保安、汽車等產品。

行業巨頭組聯盟  制定芯粒標準

另一考慮是時間。盧偉明稱,晶片的發展速度不及終端產品快,通常先有產品才投資生產新晶片。「如想快,可以用芯粒,因它是用現有晶片搭起砌成,其效果與一粒晶片相差不遠。」此外,採用芯粒可避開近期晶片的地緣政治角力。芯粒之間的訊號需要互通,才能被廣泛應用。因此,來自英特爾、AMD、Arm、高通、台積電、三星、日月光、Google雲、Meta、微軟等十大行業巨頭,今年3月組成芯粒標準聯盟,正式推出了通用芯粒高速互聯標準「Universal Chiplet Interconnect Express」(通用芯粒互連,簡稱UCIe),旨在制定一個開放、可互相操作的芯粒生態系統標準。他認為,UCIe標準有助芯粒商業化,而未來數十年芯粒有很大發展空間,但亦面對挑戰:「挑戰在於需要周邊配套支持,如建設一個芯粒生態系統,以及技術、測試等,這樣才能大量發展。」(圖左至右)Meridian Innovation Limited策略顧問盧偉明、ASMPT Limited副總裁(技術部)促成科技開發組吳漢瑜,以及職業訓練局助理執行幹事劉慶強參與討論環節。

第三代半導體效能高  潛力大

隨着全球進入 IoT、5G、綠能、電動車時代,科技產品對於高頻、高速運算、高速充電的需求上升,以往的半導體材料(如矽,Si)已不能滿足需求, 因此高效能、低能耗的第三代半導體(又稱寬能隙半導體,Wide Band Gap Semiconductor )成為新時代下的新寵兒。第三代半導體材料包括碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN),可實現更佳的導熱性、更高的開關速率,且更小尺寸的物理元件。ASMPT Limited副總裁(技術部)促成科技開發組吳漢瑜表示,第三代半導體效能較高,以同一面積的晶片為例,第三代半導體晶片的導電效能比矽晶片大一倍以上,且行高電壓。「一般家用電是200V,電動汽車是400V甚至800V,如行高電壓,相同的電力可以行低電流,能提升效率。」他預計,第三代半導體市場發展潛力龐大,將會取代矽。「電動汽車用電池驅動,需要充電快及充電量多,並且可以行使很長時間,不用經常充電,高效能的能源裝置十分重要,而第三代半導體能滿足這樣的需求。」他指,要成功應用半導體,除了設計外,封裝(packaging)也很重要,而公司主要為半導體生產商提供相關機器及解決方案,而芯粒機器也是公司的重點發展方向。「第三代半導體的功率模組封裝材料主要是銀(silver),其特點是耐高溫,對溫度變化的穩定性高,通過納米級銀粉顆粒進行低溫燒結(sintering)實現了芯粒和基板互連。但由於銀的價格較高,所以開始有人研究採用銅作為封裝材料。」他提到,其公司與APS公司及應科院今年合作進行一個第三代半導體氮化鎵(GaN)項目,主要針對電動汽車應用,應科院負責封裝設計,APS提供芯粒(die)等材料,而其公司則提供納米銀燒結(nano-silver sintering)設備及相關生產知識。ASMPT Limited副總裁(技術部)促成科技開發組吳漢瑜指,第三代半導體效能較高,以同一面積的晶片為例,第三代半導體晶片的導電效能比矽晶片大一倍以上。


一眾嘉賓於香港電子論壇上合照。

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