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深掘客戶潛在需求 台廠半導體各出奇招
軟硬整合拚服務

【CTIMES/SmartAuto 陳念舜 報導】   2016年11月17日 星期四

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對比當前全球半導體產業整併風潮,尤以中國大陸為最。但回顧台灣於1970~1980年代始規劃發展半導體產業,即曾陸續透過政策推動相關大型計畫,協助建立半導體產業發展基礎。進而趁著90年代全球化浪潮,透過IC設計、晶圓代工到專業封測服務等不同營運模式,進行價值鏈上的水平分工,建構起居世界領導地位的半導體產業。平心而論,從當時依竹科群聚,承接美日代工訂單至今的台灣半導體產業,亦屬國家隊概念。

隨著3D晶片進入主流市場,導致價值鏈上的各環節越來越昂貴,從晶圓製造到組裝測試階段之間的換手也越來越複。
隨著3D晶片進入主流市場,導致價值鏈上的各環節越來越昂貴,從晶圓製造到組裝測試階段之間的換手也越來越複。

到了如今面對大陸供應鏈最新挾國家「洪荒之力」,掀起的紅潮衝擊下,若任令台灣個別企業以單打獨鬥方式競爭,恐遭各別擊破,甚至被邊緣化的危機。尤其傳統3C產品應用IC多以經濟規模論競爭優勢,未來僅一線龍頭業者有機會維持領先優勢。產官學研莫不積極尋思因應之道,包括追求兩岸進一步開放與合作,引進陸資;或者乾脆自組半導體國家隊,與大陸或國際半導體產業正面對決。

惟就台灣有限的國家資源而言,實難以進行大規模資金的全面軍備競賽;還必須擔心由政府推動產業大規模整併,恐在國際上引發「反托辣斯」或反壟斷等公平交易的爭端。反之,若能找出台灣半導體產業多年來領先累積的軟實力優勢為利基,設想客戶仍不可見的需求,方能重新思考半導體業國家隊的定義。

就半導體設備業而言,因為涉及光學、化學、元件物理特性等,「就算半導體廠藉併購取得大筆資金,買了先進製程設備後,也未必能做得出來。」隨著3D晶片進入主流市場,導致價值鏈上的各環節越來越昂貴,從晶圓製造到組裝測試階段之間的換手也越來越複雜,廠商必須找到自己的投資重點,並管理好換手的流程,對供應商代表重大的挑戰與機會。

虛實IDM延伸價值鏈 善用商業服務模式

如過去台積電CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)製程,係採用矽穿孔(through-silicon vias,TSVs)的矽晶圓為載具,可在單一元件中整合多顆晶片,以降低功耗、改善系統特性與縮小物件尺寸,但缺點是成本太高。改用最新發表的整合扇出晶圓級封裝(InFO WLP, Integrated Fan-out Wafer Level Package)先進封裝技術,省去載板後的晶片封裝成本,至少可比傳統PoP封裝便宜20~30%,也藉此搶下蘋果A10訂單。

而台積電能吃下全球晶圓代工半壁江山,成為台灣的獲利王的關鍵,除了內部治軍嚴明,向客戶負責;對供應商管理也持同樣標準,甚至「比供應商更專業」。畢竟若供應商的品質與支援,無法讓台積電客戶的產品準時量產,亦將衝擊台積電營收與獲利。因此,台積電幾乎全攬所有和客戶出貨有關的大小事,包括設備、材料、封測、矽智財(IP)等供應商管理;並永遠趕在蘋果、高通、聯發科等客戶之前,就要求供應商先通過產品測試和驗證,確保產品的品質、良率、穩定度,以防客戶出貨延遲或被退回,自然願意買單,讓晶片毛利再向上提升。

針對不同類型的供應商,台積電甚至會各別培養出比供應商更懂該領域專業的團隊來對應,以確保供應商的品質。以此最高規格的客戶服務,既降低整體製造成本,同時可提高市占率與毛利率,讓客戶更離不開台積電。最後,台積電讓供應商設計的產品必須和自己綁在一起,將客戶緊緊抓牢。早在2013年初提出「台積電大聯盟」的概念,目的就是為了與客戶、設備廠或矽智財廠等合作夥伴結盟,全力對抗三星、英特爾。設備廠一定要具有能滿足台積電各種規格的研發能力。否則,要是對台積電開出的規格只知其然卻不知其所以然,將難以深入研發,很快就不被信任。

此外,為了與台積電一別苗頭,中型晶圓代工、封裝廠則須透過加強與委外封測商(OSAT)更緊密合作,發展2.5D中介層/3D IC製程的加工與封裝技術。OSAT因為在投資能力上,無法與投入該市場的大型整合元件製造廠(IDM)廠或代工廠相比,必須要更有智慧專注於自身的投資,建立自身模組封裝能力,以擴大差異化;或為大型業者提供自身的特定專業,思考如何找到在廠內獨立進行、與合作夥伴處理換手流程的方法,以降低模組管理與良率不佳。未來無論由誰進行中間的製程,都必須要能分配收益,並分擔模組管理及處理不良率上的責任,建立「虛擬IDM」的商業模式。

納入Siemens PLM系統管理 整合設計與製造端

由於現今內建半導體裝置的產品,生命週期通常都很短,半導體產業的價格/性能比卻無法持續穩定改善,造成所有半導體供應商必須透過單一位置,擷取與管理完整的產品知識,才能管理不時變動的客戶需求,推動影響分析與追蹤功能;利用不同版本的核心產品或平台,以滿足各種客戶需求,並開啟全新的獲利管道。「唯有讓分散各地的設計團隊步調一致,才能比以往更快推出高品質的產品。」同時須依照正確的活動內容配置與管理相關資源,才能在推動公司策略時,也符合財務目標;經過有序且可視化流程,管理產品生命週期,確保執行高效率與品質。

半導體大廠通常會採用產品生命週期管理(PLM)系統來推動營收成長,讓產品決策目標在整個產品生命週期中,符合客戶與市場需求,壓縮產品生命週期的時間和成本;讓生命週期各個作業階段完全透明化,以掌控變更及瞭解所帶來的影響;更快讓產品上市,由橫跨不同生命週期階段的通用流程自動配對。

由Siemens PLM Software推出的Teamcenter相關半導體產業解決方案,則強調能讓各公司,將產品、工程流程和製造資訊整合至單一產品知識來源,來掌握半導體設計與製造複雜性,方便管理從創意發想、設計到製造的完整產品生命週期;進而將半導體價值鏈裡的所有內部與外部參與廠商人員、流程與產品生命週期更緊密結合。透過優異的流程效率,自動讓跨部門團隊活動同步進行,以促成創新並推升產能、降低生產成本,加速新產品推出,並協助符合環保與安全方面的法規。

考量IC設計與製造通常由兩家不同公司分別進行,半導體公司需要提供下游團隊一個共同的製造與生產知識來源,以便用來執行精實製造或IC設計模式(Fabless)的製造方案。業者現在可以善用PLM環境中的整合式產品與製造知識,透過Teamcenter的組態管理功能,呈現製造組裝流程中所有活動的實際解構項目,確保團隊在正確的工作環境中,使用正確的產品組態。

進而協助產品開發與製造團隊在平行的生命週期流程中同步進行,加速上市速度。將物料清單(BOM)資訊和製造流程清單(BOP)同步處理,以清楚了解產品變更,可用來追蹤產品變更,或是產品在一段時間內以及在不同流程裡的變化。方便業者模擬、視覺化處理、分析與最佳化廠房配置和材料流程,將多種製造資產分類,建立最佳實作流程以管理其用途。

半導體設備廠應材加值 奠定製造服務化典範

半導體設備及材料大廠應用材料(Applied Materials)近年來,也逐步提升應用服務產值占營收結構比例已超過20%,堪稱製造業服務化典範。所提供的服務項目分為Feb and Equipment Services,協助客戶改善營運成本(COO,Cost Of Ownership)製程控制與元件性能;Legacy Systems:延長8吋晶圓廠生命週期與性能;Automation Systems,提供自動化的工廠層級和對應的控制軟體系統給半導體等生產設備。

其中Automation Systems包括企業解決方案,如製造執行系統(MES)、先進製程控制系統、調度和材料運送系統等,並不斷透過併購來強化在MES的能量。由於半導體製程設備價格昂貴,智動化所產生的成本相較下微不足道,半導體廠商生產流程智動化程度相當高,相當接近現今工業4.0水準。

如為了達到必要的良率、生產週期時間和成本,目前製造商收集和儲存資料的能力至關重要。如何經由快速及具成本效益的分析,來改善機台的效能和工廠產出的良率等即時資料分析,對於找出最佳化機會、大幅加快目前的速度,有著絕對的關鍵性影響。資料管理、分析技巧和預測技術的演進,為半導體產業提供滿足這些需求、具有前景的全新解決方案。

因應近年來製程微縮至20nm以下,須收集更多感測器資料,並將之長時間保留以有效運用,所占用的儲存空間,更讓製造商面對的挑戰加劇。但在目前的儲存技術與價位之下,勢必大幅提高晶圓廠級設備工程解決方案(EES)的基礎設施成本;其次是多數感測器資料的結構與儲存資料容量暴增後,卻無法隨著最新的故障偵測、預測及產能分析應用程式擴充,達到所需要的效能等級。運用傳統的關聯式資料處理技術來處理大量資料,成本將高得驚人,進而嚴重影響新世代應用的投資報酬率。

應材提供的解決方案之一是Apache Hadoop開放源碼軟體架構,可以更低成本儲存分散於硬體商品叢集上的大量資料,加速完成資料處理、兼顧便利性與資訊安全。該平台主要包含Hadoop分散式檔案系統(HDFS)和運算架構,可在分散式的檔案系統上平行運算,執行大規模的分析資料處理;在一處集中儲存位置查詢和挖掘資料,於多座採用EES解決方案的晶圓廠間分享、診斷出結果,未來有潛力解決半導體產業資料爆炸性成長的問題。

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