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產業技術白皮書報告 半導體產業

陳宣琳. 產業技術白皮書報告 半導體產業. 我國半導體產業. 半導體產業範疇 我國半導體產業發展關鍵課題 我國半導體產業技術之短中程發展藍圖 我國 IC 設計、 IC 製造、 IC 封測產業 產業發展相關課題 國內外技術水準 產業技術發展優劣勢分析 產業技術發展策略 產業技術短中程發展藍圖 製程介紹 案例. 半導體產業範疇. 半導體發展早期 半導體公司為整合元件製造商，設計 、 製造 、封測均一手包辦 1980 年代開始 垂直分工概念逐漸興起 IC 設計、 IC 製造、 IC 封測逐漸形成產業分工. 因晶圓代工需求減弱及 DRAM 價格

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產業技術白皮書報告 半導體產業

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  1. 陳宣琳 產業技術白皮書報告半導體產業

  2. 我國半導體產業 • 半導體產業範疇 • 我國半導體產業發展關鍵課題 • 我國半導體產業技術之短中程發展藍圖 • 我國IC設計、IC製造、IC封測產業 • 產業發展相關課題 • 國內外技術水準 • 產業技術發展優劣勢分析 • 產業技術發展策略 • 產業技術短中程發展藍圖 • 製程介紹 • 案例

  3. 半導體產業範疇 • 半導體發展早期 • 半導體公司為整合元件製造商，設計、製造、封測均一手包辦 • 1980年代開始 • 垂直分工概念逐漸興起 • IC設計、IC製造、IC封測逐漸形成產業分工 因晶圓代工需求減弱及DRAM價格 大幅下降，故IC製造業產值衰退。

  4. 半導體產業發展關鍵課題 • 根據摩爾定律，半導體技術持續不繼演進，電路功能日趨複雜，但體積縮小，功率消耗要求更加嚴苛 • System on Chip (SoC)為重要發展趨勢，並以CMOS製程為主 • 其它製程技術 • 應用於利基型之應用，如無線通訊之射頻晶片、光通訊元件…等 • 矽鍺(SiGe)、雙載子(Bipolar)、III-V族如砷化鎵( GaAs)、氮化鎵(GaN)、II-VI族半導體…等。 • 2003年政府展開「晶片系統國家型計畫」 • 第一期(2003年~2005年)目標 • 建立台灣成為全球系統晶片設計與服務中心 • 第二期(2006年~2010年)目標 • 創造優質生活之兆級多元整合技術

  5. 我國IC設計產業

  6. 我國IC設計產業 • 產業發展相關課題 製程逐漸由微米等級微縮至奈米等級，且在技術上的課題可分為： • 整合面 • 製程、複雜度、效能、功率消耗…等 • 設計模組面 • 處理器、邏輯元件、記憶體、軟體、射頻(Radio Frequency,RF)、類比混合信號(Analog & Mixed-Signal, AMS)、數位信號、微機電系統(Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS)…等 • EDA設計方法/工具 • 設計/驗證時間效率、系統層級設計(System Level Design)、可製造導向設計(Design for Manufacture, DFM)…等

  7. 我國IC設計產業 • 產業發展相關課題(續1) 全球半導體產業近年來有不錯的表現，IC產值成長率高於GDP成長率 在數位電視、多媒體影音…等新興應用，全球IC產值成長率估計明顯高過於去年。 PC、行動電話產業成長趨緩，新應用未能及時接棒，故比去年產值成長率大幅趨緩

  8. 我國IC設計產業 • 國內外技術水準

  9. 我國IC設計產業 • 國內外技術水準(續1) 表 台灣Fabless IC 設計技術現況與技術領先國(應用產品)

  10. 我國IC設計產業 • 國內外技術水準(續2) 表 台灣Fabless IC設計技術現況與技術領先國 (關鍵矽智財與設計環境)

  11. 我國IC設計產業 • 產業技術發展優劣勢分析 表 台灣IC設計產業技術發展優劣勢分析

  12. 我國IC設計產業 • 產業技術發展策略 • 政府應以政策力量促進IC設計公司發展 • 可藉由無線寬頻、新興網路服務的發展，掌握機會，帶出新機會 • 新興市場低價競爭力 • 對具有簡易、低價之電子產品需求之新興市場，藉由已有之技術 而擴大對新興市場之佔有率，以搶得在新興市場之先機 • 設計技術的提升 • 繼續發展原有之SoC設計及相關製程、設計技術 • 加速完整性發展之設計，如系統層級設計、低功耗設計、奈米級 DFM等 • 縮小與領先國家的差距，並擺脫新興國家的追趕

  13. 我國IC設計產業 • 產業技術短中程發展藍圖

  14. 檢查與測試 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 佈局後電路模擬 電路佈局 規格制定/功能描述 NO 邏輯設計 YES 電路模擬分析 光罩 生產製程 資料來源 國科會毫微米元件室驗室

  15. 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 將要實現的IC括功能、特色或運算函數等條件，一一 記錄下來。好比製作一個簡單的計數器IC，必須對其 每個接腳的波形做描述。 規格制定/功能描述

  16. 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 利用基本邏輯單元，如及閘(And Gate)、或閘(Or Gate)、 皆非閘(Nor Gate)等，構成整個積體電路，並利用軟體程 式確認這張邏輯設計圖沒有問題。 邏輯設計

  17. 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 將上述邏輯設計圖中的元件轉換成實際的電路元件 符號，再經由模擬軟體驗證電性結果是否正確。 電路模擬分析

  18. 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 將眾多的元件按先前規劃電路與連線要求，經由電子 設計自動化(CAD或EDA)，安排在合適位置上，並轉 換成後續IC製程所需的光罩佈局。 電路佈局

  19. 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 完成佈局後的電路須再經過軟體的模擬測試，看看 是否與先前結果一致。若不一回到電路模擬分析階 段，重新來過，直到結果正確。 佈局後電路模擬

  20. 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 將正確的電路藍圖，透過光罩程序，複製在矽晶圓上， 再送往晶圓廠製造切割，形成數百顆的晶片。 光罩

  21. 我國IC設計產業 • 製程介紹-IC電路設計流程 進入半導體的晶片製造程序 生產製程

  22. 我國IC設計產業 • 何謂類比IC • 類比IC屬於光、聲音、速度和溫度等自然現象的 連續性訊號，作為連接上述物理訊息與各式電子 裝置或儀器系統的重要媒介。 • 類比IC具有產品量少、多樣、獲利高的產業特性。

  23. 標準類比IC Standard Analog 特殊應用類比IC Application SPEC Analog 我國IC設計產業 • 類比IC分類 電腦及周邊 Computer & Peripherals 放大器Amplifier 消費性Consumer 訊號界面Interface 比較器Comparators 通訊Communication 資料轉換器 Data Conversion 汽車Automotive 電壓調整/電壓參考 Voltage Regulators/ References 工業及其它 Industrial & Other 來源 拓墣產業研究所　2006/11

  24. 我國IC設計產業 • 類比IC三雄--電源管理/射頻/車用類比IC介紹 • 電源管理IC 節能的好幫手 • 在新興替代能源如：太陽能、生質能源等還未能有效 取代現有能源-石油之前，節能科技已成為人類目前 最重要課題，而電源管理IC更是扮演關鍵性角色。 • 強調省電、低耗電的可攜式產品日趨普及，使得電源 管理IC需求與日俱增，包括手機MP3 Player、DSC等 相關電源管理IC開始成為上述類比IC業者投入的領域。 • 如何透過更低的設計以減少電力的消耗，及更輕薄短 小和更低價錢已成為廠商努力的方向。

  25. 我國IC設計產業 • 圖 電源管理IC市場預測

  26. 我國IC設計產業 • 類比IC三雄--電源管理/射頻/車用類比IC介紹 • 射頻IC介紹 無線通訊最前鋒 • 被廣泛運用在各式無線通訊應用上，舉凡從國防航太的 微波通訊，乃至大眾熟知的手機、無線區域網路(WLAN)、 新興的微波通訊存取全球互通(WiMAX)或ZigBee等。

  27. 我國IC設計產業 • 類比IC三雄--電源管理/射頻/車用類比IC介紹 • 射頻IC介紹 無線通訊最前鋒 • 不論是接收由天線端傳來的高頻訊號(數百MHz至數十 GHz)，並降頻成後端基頻晶片斤能處理的訊號是依相 反途徑將訊號升頻後傳送至天線端有送出去，均需要 射頻IC進行訊號的Down/Up轉換與功率放大的動作，可 說是整個無線傳輸機制的關鍵核心。 圖 RF IC方塊圖

  28. 我國IC設計產業 • 類比IC三雄--電源管理/射頻/車用類比IC介紹 • 射頻IC介紹 無線通訊最前鋒 • 未來走向多功能整合，將各種不同無線通訊標準整合到 一顆RF IC單晶片。 圖 多功能的RF IC 整合趨勢

  29. 我國IC設計產業 • 類比IC三雄--電源管理/射頻/車用類比IC介紹 • 車用類比IC介紹-行車安全的幕後英雄 • 車子在行進中主要依賴類比IC用來蒐集車輛周圍與本身 存在的各種訊息，包括光、熱、聲音、溼度、壓力、速 度、方向等，並將這些連續訊號進行壓縮、放大、A/D 與D/A轉換，並整合邏輯IC進行資料演算，最後成為車 輛電子系統控制依據。

  30. 我國IC設計產業 • 類比IC三雄--電源管理/射頻/車用類比IC介紹 • 車用類比IC介紹-行車安全的幕後英雄 • 車用感測器整合類比IC與邏輯IC等元件，成為車輛智慧 化相當重要的一環，可提高行車安全性、減少駕駛負擔 及提昇車輛運作效率。 圖 類比IC在汽車電子扮演角色

  31. 我國IC設計產業 • 類比IC三雄--電源管理/射頻/車用類比IC介紹 • 車用類比IC介紹-行車安全的幕後英雄 • 由於車輛周圍的訊號相當多樣，因此幾乎所有的車輛電 子系統都會用到車輛類比訊號。 圖 汽車類比IC應用無所不在

  32. 我國IC設計產業 • 案例-聯發科 • 公司資料(1/2)

  33. 我國IC設計產業 • 案例-聯發科 • 公司資料(cont)

  34. 我國IC設計產業 • 案例-聯發科 • 財務分析資料 資料來源 公開資訊觀測站

  35. 我國IC設計產業 • 案例-聯發科 • 財務分析資料(cont) 資料來源 公開資訊觀測站

  36. 我國IC設計產業 • 案例-聯發科 • 營收盈餘-稅後盈餘變化

  37. 我國IC設計產業 • 案例-聯發科 • 公司產品 光儲存晶片組 數位消費晶片組 手機基頻晶片組 數位電視晶片組

  38. 光儲存晶片組

  39. 數位消費晶片組 • MDDi™: 創新的 Progressive Scan 技術 • 聯發科技獨家MDDi™ 技術所提供的全方位解決方案，不但大幅提升傳統 DVD Player Progressive Scan 的品質，同時降低了系統的成本。 • 一體化的架構:此專利創新技術結合了MPEG decoder、format converter， 以及 video enhancement，讓不同的元件可以輕易共享所有的資訊。 • Pure Edge™ Engine:聯發科技特有的邊界處理技術，可消除 interlace 轉換成 progressive時產生的鋸齒狀效應. 使物體邊界看起來很平滑，視覺 效果更舒適。 • 最佳化Sub-title/OSD品質: 由於MDDi™的一體化架構，4:4:4 Sub-title 與 OSD在progressive scan 的處裡過程中將不會犧牲品質。 • 降低系統成本: MDDi™的一體化架構，可以降低系統的成本，不需要額外的 format converter及frame buffer DRAM，同時降低 PCB 與製造商設計成本。 MT1389/D MT1389/E MT1389/HD

  40. 手機基頻晶片組 • 整合型多媒體手機基頻晶片組 : 少晶片 多媒體聯發科技整合型多媒體手機基頻晶片組，讓手機使用者可以輕鬆享受數位音樂、數 位相機、數位錄放影機、遊戲機，以及其他內建功能，並同時免除攜帶各式各樣的 手持式裝置的困擾。不僅為手機使用者帶來更多的使用樂趣, 也讓手機變的更輕、 薄、短、小，甚至更經濟的採購售價。 • 低耗電:超長待機時間 更多影音娛樂 使用硬體式數位多媒體編解碼器的聯發科技整合型多媒體手機基頻晶片組，不僅能讓使用者享受諸多效能優異的多媒體功能，且超低耗電大幅延長多媒體使用時間，加上領先同業的超長待機時間，免除使用者頻頻更換電池或找地方充電的困擾。

  41. 數位電視晶片組 • 大即是美：高品質的舒適畫面；貼心好用的設計 使用聯發科技晶片的VIZIO GV42L 榮獲 HDTV Solutions 評選為 4.5 顆星。 • 解析度液晶電視及電漿電視頂級系列中的極致表現 使用聯發科技晶片的VIZIO P42HDTV、L37HDTV、L32HDTV獨占鰲頭， 分別榮獲PCWorld雜誌經由各項測試比較評選出前五名42“、37”,及 32"電視之首席！

  42. 巴黎證：白牌手機快速成長 聯發科成為大陸手機晶片市場大贏家 • 全球手機市場雖有成長趨緩跡象，但在超低價手機市場和新興市場的成長卻仍持續走揚。巴黎證券科技產業分析師陳慧明指出，在目前的全球手機市場中，以大陸的白牌手機市場為成長最大的市場，其中又以聯發科 (2454-TW)獨佔鰲頭。 • 聯發科在股價表現有所表現，更有達到2007年市場出貨預估的實力，加上聯發科在大陸白牌手機市場占有率高達80%，成為現今大陸手機晶片市場的最大贏家！ • 聯發科3Q07主要產品比重：手機晶片50~55%、光儲存晶片25%、消費性產品20%。聯發科手機晶片在中國大陸白牌手機市場市佔率第一，以70%的市佔率遙遙領先第二、三名的德儀及展訊通信，且大陸市場佔聯發科手機晶片出貨比重達70%，若加計透過中國大陸客戶出口到其他國家的部份更高達90%以上，目前除了白牌手機市場之外也切入電信服務廠商及品牌廠商。 • 由於整體手機市場成長動能趨緩，主要成長驅動力來自新興市場國家，尤其是中國大陸龐大人口的消費市場，IBTS預估2008年中國大陸手機市場規模1.96億支，佔全球手機出貨量16.26%比重，成長幅度遠高於全球市場手機市場，聯發科在中國大陸市場佔據有利地位，再加上聯發科以整合型多媒體手機晶片見長，目前已將GPS晶片成功整合進來，可提高晶片單價60%，對2008年手機晶片ASP提升有相當助益。IBTS預估2008年聯發科手機晶片營收維持50%以上高成長。 資料來源 鉅亨網 2007/09/04& 2007/12/27

  43. 談聯發科投資揚智之策略意涵與影響 • 前言 2004 年6 月聯發科宣佈取得揚智18.9%的股權， 成為揚智的最大股東。由於聯發科與揚智兩公司 的主要業務接近，營收主力都集中於消費性多媒 體領域中的DVD 播放機晶片，兩相結盟之後， 勢將影響DVD 播放機晶片市場的競爭態勢。

  44. 取得股權有利聯發科之中長期佈局 • 2004 年6 月30 日根據媒體報導，聯發科投資新台幣五億餘台幣， 取得揚智科技將近18.9%的股權，成為該公司目前最大的股東。 • 由於聯發科與揚智兩公司的營收主力，都集中於消費性多媒體領 域中的DVD 播放機晶片，公司產品同質性高，但客戶重疊度低， 兩相結盟之後，勢將影響DVD 播放機晶片市場的競爭態勢。 • 另外，揚智過去曾與同業ESS 合作開發晶片與後段生產管理，若 聯發科進一步取得揚智的經營主導權，亦將進一步牽動此一合作 關係。

  45. IP 多嬌，引無數英雄競折腰 • 此次聯發科能夠取得揚智的股權，宏碁對集團投資的策略轉變是 主要關鍵。歸納近年來宏碁陸續處分事業持股的舉措可以發現， 原本宏碁集團在半導體事業的佈局，正逐漸藉由出脫而淡出。 • 考查聯發科的收購動機，實應由該公司「豐富」的智財權訴訟經 驗談起。聯發科在過去七年內，曾有五次主要的智慧財產權訴訟 事件(見表一) ，法律訴訟往往成為大客戶拒絕採用該公司產品的 考量重點。故，與其纏訟多時延誤商機（如Zoran 採用訴訟的策 略造成目前聯發科部份商機的延宕情境），或是付出巨額的技術 授權金（與ESS 和解的案例），不如及早將構建自有IP 保護傘一 事，納入長期佈局。

  46. 表一 聯發科近年主要智財權訴訟案

  47. IP 多嬌，引無數英雄競折腰 • 觀察本次聯發科所收購之揚智，除了光儲存的IP 外，揚智過去在USB、 影像處理之相關技術亦著力頗多，多年來的研究與發展也累積不少IP， 推估未來兩公司將會有更多產品研發（Development and Field Application）合作，IP 的交互授權或是構建專利保護傘等，也是不難 預見的合作方式。 • 所以此次聯發科以5.5 億台幣取得揚智股權，此動作僅佔該公司現金部 位不到3%，推估短期策略意涵在預防類似「Zoran購併Oak 後重提訴 訟」的歷史（與之前ESS 的和解金約30億台幣，或是凌陽以約10 億台 幣購併Oak 光儲存晶片事業部門相比，此次交易的成本相對較低），中 長期的策略意涵則欲因應IC 產業未來競爭的白熱化，為未來開發新產品 時先行提升本身的IP 數量與廣度。

  48. MIC 觀點 • 華擎效應值得留意 藉由本次合作案，聯發科將可利用揚智的產能，以及在大陸 市場的銷售與技術服務人力（Sales and Filed Application Engineer），延伸勢力至過去因為客戶區隔策略下，所不能 侵蝕的市場。此一結果在未來是否引發諸如主機板產業之「華 擎效應」，值得留意。

  49. MIC 觀點(cont) • ESS與揚智的合作關係面臨考驗 • 過去揚智擅長Servo 技術，而ESS 強在MPEG-2 的市場，雙方在 技術與市場上有部分互補，當時面對聯發科的單晶片（整合Servo 與MPEG-2）競爭，選擇合作共同開發晶片，且之後ESS 也委託 揚智協助其晶圓運送與封裝測試的下單（Backend Service）。 • 由於此部份的合作涉及許多商業秘密的分享，而在聯發科主導揚 智的發展後，揚智與ESS 雙方的互補空間縮小，取而代之的是愈 來愈濃厚的競爭意味。 • ESS 倚賴揚智的Servo IP、及Backend Service 所供應之單晶片IC， 鑒於ESS 與揚智漸行漸遠的發展態勢，屆時ESS 調整不及所產生的 供應缺口，將是下一階段晶片市場各家廠商關注的焦點。

  50. 我國IC製造產業

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