[原创] 成就台湾半导体的幕后英雄
2020-06-13
14:00:02
来源: 半导体行业观察
二十世纪六十年代，中国台湾围绕着“进口—加工—出口”的模式，形成了以轻纺工业为主题的加工出口经济体系，劳动密集型产业是这个时期中国台湾经济的主旋律。但是伴随着1973年石油危机的爆发，全球经济陷入不景气。当时，新任“经济部长”孙运璿相信唯有摆脱劳力密集，转向技术密集的工业，才能彻底让中国台湾经济转型。
于是，1973年，孙运璿建议仿效韩国的“科技研究院”，成立以当局资金为主的半官方机构工业技术研究院。作为研发机构，工研院进行的是研发项目，然后工研院将向工业公司提供技术以实现商业化发展。
1974年，工研院成立了一个组织来开发半导体技术，即电子研究和服务组织（ERSO）。ERSO通过对重要技术的研发以及技术转让促成了中国台湾半导体的起步。 根据《The New Argonauts》一书中介绍，1976年，ERSO与美国RCA签署了一份为期五年的技术转让协议。该协议强调了培训和技术转让，因此ERSO派遣了一支由37名工程师组成的团队前往美国的RCA工厂，进行为期一年的集成电路设计和制造密集培训。协议还表示，RCA将转让制造CMOS器件的所有技术以及设计和工艺改进，并回购工厂生产的一定数量的晶圆，并提供有关产品应用的信息。后来，这个32人团队形成了中国台湾集成电路行业未来几十年的领导核心。
RCA项目对中国台湾集成电路及其他高科技产业的发展有以下两个深远影响。第一次是ERSO吸收了制造技术和IC业务运营知识。第二个是ERSO工程师对设计和研发的应用。
在进行了为期一年后的培训后，1977年，中国台湾建立了第一家IC示范工厂，这是中国台湾半导体产业的基础。1980年，联电从工研院中脱离出来，成为了中国台湾第一家集成电路企业，参与RCA项目中的很大一部分人也加入到了联电。六年后，台积电也从工研院中走了出来，台积电通过ERSO专业人员和ERSO的加工技术，推动了六英寸的半导体晶圆的发展。1993年，工研院又衍生了世界先进，当时世界先进所生产的8吋晶圆，推动了半导体半导体产业的升级。
与此同时，工研院又将目光投向了IC设计。工研院于1985年建立了集成电路共同设计中心（CDC），旨在鼓励新兴的设计公司。ERSO还为九所中国台湾大学提供了计算机辅助设计工具和逻辑单元库，以鼓励建立IC设计程序。从1983年到1990年，它剥离了十几家具有IC设计能力的公司，包括1987年成立的华邦电子，当时工研院 200 多人的团队加入华邦电后，将其产品线锁定在了逻辑 IC方面。
工研院为中国台湾半导体的发展起到了极大的促进作用。在2013年出版的《21st Century Manufacturing：The Role of the Manufacturing Extension Partnership Program》 中有这样一张图，概括了工研院在促进集成电路设计中的作用。
（工研院在促进集成电路设计中的作用。来源：刘忠元，工研院，“政府在发展高科技产业中的作用：以中国台湾半导体产业为例 ”，Technovation，13（5），1983年。）
发展至今，从工研院的组成上看，按各业务范围划分，工研院共建立了6个研究所、7个科技中心；另设产业学院、南分院、中分院、业务推动与行政资源等单位（如组织图）。
其中，根据工研院之前所发布的计划中看，工研院计划将南港IC设计园区推向国际化，工研院计划透过策略性结盟激励具硏发能量SoC/IC新创公司的成立，并扩展中国台湾SoC/IC领域技术的深度与广度，以带动中国台湾IC设计业的蓬勃发展。
中国台湾工研院不仅促生了很多半导体企业的诞生，也造就了很多半导体人才，这些人才也是中国台湾半导体得以不断发展的基础。
在工研院成立初期，中国台湾缺少相关的人才，结合当时的市场情况，工研院采取的措施是通过主动吸引和培养人才的方式，来促进产业的发展。20世纪90年代，全球化的到来，使得工研院人才流失严重，针对这种情况，工研院推出了人才平衡政策，即既鼓励人才向企业转移，又实施一些政策吸引更多海内外人才加入。根据《从智力摇篮到产业引擎:浅析中国台湾工业技术研究院的人才培育及运用政策》一文中显示，这些政策包括，推出前瞻性研究项目及相关研究奖项；与国际著名研究院所合作，为员工提供外出进修交流的机会，也邀请著名专家来交流培训；走到人才集中的高校，主动邀请人才加入等。
进入到了21世纪后，中国大陆方面对半导体人才产生了极大的需求，由于中国大陆方面在薪资等方面具有优势，因此，也促使了一部分人才从中国台湾来到了大陆。针对这种情况，工研院在近年来也在四个方面做出了规划，包括积极延揽国际优秀人才、培育和吸引软件和系统人才、强化留才机制、加强员工关怀。
据相关资料统计，到 2016 年，工研院累计输出到各界共 1.8 万人，并有许多人成为科技园区高级主管或企业高管。根据工研院2019年发布的报告显示，目前，工研院共有研发和管理人才6,164 人，其中硕士 3646人、博士 1424人。
自1973年以来，中国台湾半导体产业已经成为了全球半导体产业链中重要的一部分。在工研院例年来的年度预算书中，半导体产业一直被视为是既有产业的一部分，也是需要不断提升其竞争力的产业。
在2018年工研院的年度预算书中显示，用于专案计划要研发符合物联网(IoT)需求的芯片设计及半导体前瞻技术，包含(1)人工智能处理芯片、人工智能模型开发工具与环境、NVM类神经运算芯片；(2)IoT硬件加密防护芯片、晶片型LiDAR；(3)开发异质整合设计平台、异质整合封装技术、异质微型元件系统组装、多功能异质元件检测技术。将芯片、次系统、系统原型产品一条龙式的串联起来，建构中国台湾IoT产业生态环境。
此外，在电子元件方面，工研院也指出5G通讯、物联网的兴起，需要聚焦高值创新应用。为此，工研院将开发毫米波基板、宽能隙晶圆材料、高可靠性射频半导体封装技术、可挠式高介电複合陶瓷晶圆技术与毫米波通讯构装技术。
在2019年工研院的预算报告中，再次提出了适用于物联网领域芯片以及5G元件的重要性。在该年度中，除了延续2018年所制定的计划外，工研院还指出了半导体在医疗和工业领域所发挥的作用。
为了创造更美好的未来，工研院制定了《2030年技术战略和路线图》，在其中加强了信息通信技术使能技术的发展，并侧重于三个应用领域：智能生活，优质健康和可持续环境。其中，ICT是2030年技术战略和路线图中支持多种应用程序的重要因素，为此，工研院转向了人工智能，半导体，通信，网络安全和云技术，以促进上述三个应用领域的技术突破。
在智慧生活方面，根据工研院所发布的年度业务重点显示，机械为制造的基础，相关产业现况正由低价制造代工向创新的先进制造转型。先进制造的重点研究包括:智慧制造、微纳米与激光、微机电系统技术发，纳米光电、面板及软电制程设备及精密化学、软性基板与光学膜等材料制造。期往能协助带动中国台湾半导体设备、先进制程设备、先进（资讯、能源、绿色）材料等相关产业发展。
在强化半导体产业方面，工研院提出了，要协助3D集成电路产业整合（在2008年，工研院组织了先进的堆叠系统技术和应用联盟，开发了3D集成电路技术，该技术基于多个薄IC的堆叠以及它们之间的直通面积阵列互连），制定制程介面规格，产品目标将以DRAM、 Flash与CIS（CMOS图像传感器）应用为主，并实现高速、高密度、低耗能产品的应用，打造新兴半导体产业。
根据工研院所发布的年报中显示，其在半导体设备、先进封装等方面均有布局计划，且在一些领域当中已经取得了一定的成绩。（以下是部分工研院的布局以及成果）
具体来看，在半导体设备方面，工研院指出随着制造的不断发展，高精度无掩模光刻机的需求正在增加。尽管半导体设备制造商从国外引进了此类机器，但是其技术细节的知识却很少，这影响了后续的研究与开发。为了建立中国台湾自己的无掩模光刻机的核心技术，工研院开发了用于激光直接成像无掩模光刻机的关键技术。
此外，金属有机化学气相沉积（MOCVD）外延设备也是光电子半导体行业的关键处理组件。传统的外延工艺需要更长的时间来设置和调整工艺参数，工研院使用数字技术来代替传统的手动调整，从而可以快速确定最佳参数，并缩短了产品开发周期和上市时间表。该技术进一步将MOCVD硬件与CyberEpi软件集成在一起，因此行业可以进一步控制过程和设备。
下一代半导体技术检测方面，先进的半导体工艺已经达到7纳米及以下技术节点；但是，现有的薄膜厚度和关键尺寸检查技术已达到检测极限。工研院正在开发X射线计量技术，可提供亚纳米级的高分辨率。这可以在线测量7 nm，5 nm和3 nm技术节点工艺中的关键尺寸。
据中国台湾媒体报道，工研院于去年还与群创光电进行了合作，将旗下现有的面板产线转型成为具竞争力的面板级扇出型封装应用，切入下世代晶片封装商机，解决半导体晶片前段制程持续微缩，后端装载晶片之印刷电路板配线水准尚在20微米上下的窘况，可提供2微米以下之高解析导线能力，生产效率高且善用现有产线制程设备。据悉，工研院以此技术与群创光电合作，将其现有的3.5代面板产线转作成面板级扇出型晶片封装应用，除了提升目前现有产线利用率，就资本支出来说更具备优势，未来可切入中高阶封装产品供应链，抢攻封装厂订单，以创新技术创造高价值。
除此之外，日前，工研院还发表全球首创的「积层式3D线路技术」，此一技术并已导入全球笔记型计算机设计制造大厂广达计算机，运用在玻璃、陶瓷、金属等多材质上制作立体多层、并且线宽仅15μm（微米）的电路，有助3C产品达到5G高速率的要求。
根据钜亨网的报道显示，今年5月工研院表示，中国台湾半导体产业在今年可望延续正成长，产值估达2.8 兆元，年增4—5.7%，优于全球表现。工研院认为，今年对中国台湾半导体产业的正面影响包括AI、5G、车用及物联网等多元应用，加上疫情带动居家工作趋势，刺激先进制程产能开出，以及相关IC 包括温度感测器、呼吸器用芯片等出货量大幅成长。同时，工研院也强调，中国台湾半导体业的关键成功经验，是以科学园区为核心驱动角色，并形成完整的上中下游科技群聚。因此，应持续善用产业群聚优势，聚焦下世代创新产品与应用服务，带动产业多元发展。
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