人物專訪

國立陽明交通大學 – 孫元成副校長：從氫原子到 3D IC 的創新、傳承與系統微縮之路 [ 下載 PDF ]

林麗娥

隨著 AI 浪潮席捲全球，以及傳統純依賴電晶體微縮的發展模式逐漸面臨功耗、成本與系統整合等挑戰，先進封裝與異質整合技術已成為提升系統效能的重要關鍵，並與先進製程共同構築下一世代半導體發展藍圖。有鑑於此，「3D IC 異質整合先進封裝製程量測與檢測技術」專題，並邀請早在二十多年前便前瞻洞察 3D 封裝與「系統級微縮 (system scaling) 」發展趨勢的重要推手－國立陽明交通大學副校長孫元成教授接受專訪。從臺灣大學求學時期的青澀學子，到遠赴美國深造，再到加入 IBM 投入半導體前瞻技術研發，孫副校長累積了深厚的國際研發經驗。在台積電成立十周年之際返臺加入經營團隊，推動多個關鍵世代製程技術發展，成為帶領臺灣半導體產業邁向世界領先地位的重要推手之一。職涯期間，他帶領研發團隊跨越無數從前瞻技術走向量產的「死亡之谷」，成功將創新構想轉化為產業競爭力。如今，他將豐富的產業歷練帶回高等教育體系，致力於縮短產學落差，建立人才培育與產業發展的良性循環。本篇專訪將帶領讀者深入了解孫副校長的求學歷程、研發管理哲學，以及他對半導體技術發展與半導體人才培育的前瞻觀點與宏觀願景。

3D IC 異質整合先進封裝製程量測與檢測技術

「3D IC 異質整合先進封裝製程量測與檢測技術」專題介紹 [ 下載 PDF ]

陳冠能

隨著人工智慧 (AI)、高效能運算 (HPC) 與邊緣運算的蓬勃發展，全球半導體產業正處於一個關鍵的轉折點。過去單純依賴電晶體線寬微縮以提升效能的模式，如今已面臨物理極限、功耗攀升與製造成本的嚴峻挑戰。為了突破這些瓶頸，先進封裝與異質整合技術已成為延續摩爾定律、推升系統整體效能的核心路徑。本期《科儀新知》特別規劃「3D IC 異質整合先進封裝製程量測與檢測技術」專題，本人承蒙邀請擔任客座主編，集結產學各界學者專家，從前瞻技術藍圖、設計平台、關鍵材料、加工製程到檢測與失效分析，為讀者帶來全方位的深度解析。以下為本期專題文章的重點精華：

本期特別專訪了國立陽明交通大學孫元成副校長，分享他從早期氫原子鈍化機制研究，到帶領研發團隊跨越技術量產「死亡之谷」的寶貴歷程。孫副校長前瞻性地指出，未來的半導體發展必須仰賴「3D×3D」的系統級微縮 (system scaling) 架構，亦即在元件本體持續微縮的同時，結合異質整合的 3D IC 技術，進一步實現輕薄短小、高速運算與低功耗兼具的最佳效能表現。

打破高門檻的 2.5D/3D 異質整合平台 – 在學界與新創團隊邁入先進封裝領域時，往往面臨極高的成本與技術門檻。為此，國研院台灣半導體中心 (TSRI) – 吳伯昌組長詳細介紹了台灣半導體研究中心所開發的 CoCoB (Chip on Chip on PCB) 異質整合平台。該平台建構於 0.18 μm CMOS 製程之上，並導入 Backside TSV、標準化設計規則與 EDA 驗證流程，為學術界提供了一個可靈活整合數位、類比及感測器等不同功能晶片的實作場域，大幅加速次世代系統原型的開發。

化學材料與供應鏈角色的蛻變 – 隨著封裝結構立體化，化學材料不再僅是製程耗材，而是決定良率與可靠度的關鍵夥伴。長春人造樹脂廠股份有限公司 – 陳厚福總經理等人深入剖析了先進封裝製程中的關鍵材料與化學品需求，包含應對高深寬比結構的光阻材料、確保無空洞填銅的電鍍液，以及兼顧高導熱與低應力的封裝樹脂等。文章亦指出，在全球 ESG 永續趨勢下，溶劑的回收純化與低碳材料設計，已成為供應鏈轉型的重要指標。

閉迴路良率管理與先進檢測技術 – 3D 堆疊製程的層數增加，使得任何單一節點的微小缺陷都可能導致最終產品失效。辛耘企業股份有限公司 – 洪堂欽協理探討了 3D IC 先進封裝的製程參數與檢測量測方法，詳細說明 TSV 蝕刻、晶圓薄化、暫時性接合與剝離 (TBDB) 等關鍵技術的工程挑戰。更重要的是，文章強調應結合 IR/NIR 隱裂檢測、3D AOI 及 X-ray 等非破壞性檢測技術，建立「製程－量測－資料回饋」的閉迴路機制，以有效攔截缺陷並提升堆疊良率。

跨尺度先進封裝失效分析 – 先進封裝的高密度互連與多層異質材料堆疊，讓失效機制變得極為複雜隱蔽。閎康科技股份有限公司研發中心 – 邱珮如專案管理副理系統性地介紹了一套整合型的失效分析流程：首先利用 EMMI 或 OBIRCH 進行電性熱點定位，接著透過 Nano-CT 及超音波掃描 (SAM) 進行非破壞性結構透視，最後搭配精準的離子束剖面 (PFIB) 與微觀物理分析。文章特別強調了透射菊池繞射 (TKD) 奈米晶體驗證技術，其突破了傳統電子背向散射繞射 (EBSD) 的解析度極限，成為驗證次微米混合鍵合 (如奈米晶銅 nc-Cu) 界面品質的決定性工具。

超快雷射驅動的次世代基板革命 – 面對 kW 級 AI 模組的散熱與頻寬極限，碳化矽 (SiC) 與玻璃基板成為材料革命的焦點。鼎極科技 – 錢俊逸營運長探討了超快雷射技術在先進封裝中的應用，超快雷射具備「冷燒蝕」特性，能精準在硬脆的 SiC 與玻璃上進行微加工，避免傳統機械加工造成的熱應力與微裂紋。這項技術不僅優化了 GPU/HBM 架構的散熱能力，更推動了玻璃通孔 (TGV) 於光電共封裝 (CPO) 的應用，引領全光電整合的新紀元。

突破 AI 散熱極限的熱界面材料 (TIM) – 針對 AI 運算平台極端嚴苛的熱管理需求，國立陽明交通大學國際半導體產業學院 – 陳俊豪助理教授團隊則回顧了先進封裝熱界面材料的發展現況與趨勢。文章指出，為了降低總熱阻，封裝架構正由傳統的 TIM1/TIM2 雙層設計，逐漸向簡化熱傳路徑的 TIM1.5 架構演進。同時，研究重心也從傳統的高分子導熱膏，轉向具備更高本質熱導率的金屬型 TIM (如低熔點銲錫合金、鎵基液態金屬與銦預成型片)，並探討了介金屬化合物 (IMC) 生成對界面熱阻與長期可靠度的深遠影響。

本期專題從宏觀的系統架構到微觀的原子級分析，涵蓋了 3D IC 先進封裝生態系的各個重要環節。期待透過這些專業深入的探討，能為產學研各界的讀者帶來啟發，共同迎接半導體技術的無限可能。

2.5D/3D 異質整合封裝與 TSRI CoCoB 平台技術 [ 下載 PDF ]

吳伯昌

當摩爾定律逐步逼近極限，半導體產業的未來正陷入十字路口。從單一晶片的極致演算走向異質整合的多維創新，成為突破限制的關鍵之路。先進封裝技術讓來自不同製程節點、不同功能定位的晶片 (chiplets) 得以在一個封裝中攜手合作，不僅拉抬效能，更為成本控管帶來全新選項。本文深入探討台灣半導體研究中心 (TSRI) 打造的 CoCoB (Chip on Chip on PCB) 異質整合平台，如何以技術開放性與實驗友善性，成為學術界與新創團隊的橋梁與後盾。內容涵蓋 T18 Backside TSV 製程、設計規則、EDA 驗證流程，以及此平台如何解決先進封裝高門檻問題，加速 AIoT 前瞻晶片模組的誕生與驗證。

從製程演進解析先進封裝所需材料與化學品及其供應鏈角色 [ 下載 PDF ]

陳厚福, 杜安邦, 吳允中, 吳佳鴻

隨著半導體先進製程微縮成本快速提升，先進封裝與異質整合已成為延續系統效能提升的重要技術方向。本文從 3D IC 與異質整合封裝技術的發展架構出發，探討 2.5D IC、TSVbased 3D IC、fan-out packaging 與 hybrid bonding 等主流技術之製程特性與工程挑戰，並進一步分析光阻材料、濕式化學品、銅電鍍液、封裝樹脂及散熱材料等關鍵化學材料於先進封裝製程中的角色與需求。亦針對高密度互連、熱管理、材料相容性、界面可靠度及 ESG 永續趨勢等議題進行討論，說明化學材料供應商如何由傳統原料供應角色，逐步轉變為先進封裝製程整合中的重要技術合作夥伴。

超快雷射加速 3DIC 先進封裝與異質整合技術 [ 下載 PDF ]

錢俊逸

隨著 AI 與 HPC 算力與功率飆升，傳統封裝面臨熱管理與頻寬瓶頸，必須從材料層面著手改革。碳化矽因其三倍於矽的熱導率、機械強度和相近的熱膨脹係數，使其成為 3D IC 封裝中最具潛力的散熱材料。而玻璃則因大尺寸、低成本，高平坦度、高剛性和低介電常數等特性，適合生產高 I/O 密度的基板，且其能同時傳導光訊號與電訊號，為整合功能各異小晶粒 (chiplets) 的理想材料。超快雷射有著「冷」燒蝕特性，能在碳化矽與玻璃等硬脆材料上實現無熱影響區的精準微加工，解決傳統加工方式無法避免的熱應力與微裂紋問題，凸顯碳化矽在 GPU/HBM 的散熱優勢，驅動玻璃基板於光電共封裝 (co-packaged pptics, CPO) 的應用，邁向 kW 級 AI 模組與全光電整合新紀元。

異質整合之先進封裝製程參數與檢測量測方法 [ 下載 PDF ]

洪堂欽

AI、高效能運算 (high performance computing, HPC) 與高頻寬記憶體 (high bandwidth memory, HBM) 推升了高頻寬、低延遲與高功率密度晶片系統的需求，使 3D IC 異質整合先進封裝成為延續系統效能的重要技術路徑(1-3)。本文以技術導向方式說明 3D IC 由 2.5D 中介層整合邁向 3D 垂直堆疊時，矽穿孔 (through-silicon via, TSV)、混合鍵合 (hybrid bonding)、晶圓薄化 (wafer thinning)、暫時性接合與剝離 (temporary bonding and debonding, TBDB)、濕製程清洗／蝕刻、再生晶圓與非破壞性檢測量測等關鍵技術的工程內涵。文中進一步建立熱阻、接面溫度、互連 RC 延遲、晶圓翹曲、剝離能、缺陷逃逸率與量測系統變異等可量化指標，串聯製程條件、材料選擇、量測回饋與整體晶片系統效能之關係。最後，本文整理全球與台灣在先進封裝設備、檢測量測與供應鏈協作上的發展現況，並提出國內自主關鍵技術、技術缺口、互補合作方向與未來檢測設備趨勢。

先進封裝失效分析之核心挑戰與整合檢測流程：從系統定位到 TKD 奈米晶體驗證 [ 下載 PDF ]

邱珮如

隨著半導體製程逼近物理極限，2.5D/3D 異質整合技術成為延續摩爾定律、提升系統效能的關鍵路徑。然而，高密度互連與多層異質材料堆疊，使失效機制由單一晶片轉向複雜的封裝界面。本文系統性介紹一套整合電性定位 (EMMI/LIT)、非破壞結構透視 (Nano-CT/SAM) 與精密離子束剖面 (PFIB) 的完整分析流程，並重點探討穿透式背向繞射 (transmission kikuchi diffraction, TKD) 技術在驗證 100 nm 以下奈米晶銅 (nanocrystalline copper, nc-Cu) 鍵合品質中的決定性作用。透過跨尺度檢測技術的整合，能將宏觀電性失效精確追溯至微觀晶體動力學，為下世代混合鍵合 (hybrid bonding) 研發提供整合流程。

先進封裝熱界面材料的發展現況與趨勢 [ 下載 PDF ]

陳俊豪, 鄭淑慧

隨著 AI 運算平台之功耗、記憶體頻寬與封裝整合密度持續提升，熱管理成為影響先進封裝效能與可靠度的核心議題。本文針對先進封裝熱界面材料之發展現況與趨勢進行綜述，首先說明 TIM1、TIM2 與 TIM1.5 架構在熱傳路徑、界面熱阻與封裝散熱設計上的差異；其次回顧導熱膏、導熱墊片、高分子複合材料與相變材料等傳統型 TIM，說明其在熱導率與長期可靠度上的限制。隨後介紹低熔點銲錫合金、鎵基液態金屬、預成形銦金屬片等金屬型 TIM，此類材料具備較高本質熱導率並能與晶片金屬化層形成連續金屬熱傳通道，是 AI 先進封裝中具潛力的候選材料。本文進一步以 In32.5Bi16.5Sn/Cu 與銦基 TIM 系統作為實際案例，探討介面演化與熱阻變化之關係，說明此類金屬型 TIM 的實際散熱表現不僅取決於材料本體熱導率，亦受到界面反應、介金屬化合物生成、元素擴散與金屬化層穩定性影響，文章結尾並展望高導熱填料、燒結銀銅等新型 TIM 於未來 AI 封裝散熱中的應用潛力。

科儀專欄

超微型電磁強健光纖光學麥克風 [ 下載 PDF ]

劉承揚, 力博宏, 陳維鈞, 黃薇瑄

本研究提出一種高靈敏度微型化光纖式 Fabry-Perot 聲學麥克風，結合毛細管結構與水凝膠振膜，實現寬頻光學聲壓感測，感測頭尺寸僅約 125 μm×170 μm，具高度微型化優勢。實驗結果顯示，在 1550 nm 波長操作下，於 100 Hz 至 10 kHz 具穩定線性響應，當水凝膠濃度為 40% 與 80% 時，靈敏度分別達 122 mV/Pa 與 410 mV/Pa，此感測器具結構簡單、低成本及抗電磁干擾等優點，適用於人工電子耳、助聽器、醫療器材與消費性電子產品。