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一個製程良率差0.1%,最終成本差1億!一篇看懂為什麼台積電模式難以超越
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一個製程良率差0.1%,最終成本差1億!一篇看懂為什麼台積電模式難以超越

一個製程良率差0.1%,最終成本差1億!一篇看懂為什麼台積電模式難以超越
一塊電路板上集結人類的科技結晶,擁有許多積體電路、晶片負責不同的功能。 (來源:Dreamstime)
撰文者:王立
獨立觀點 2022.12.12
摘要

1.有一派人相信台積電赴美投資建廠,將導致台灣半導體產業被掏空,這種說法對半導體產業的想像太片面,許多產業人士都不予置評。

2.台積電要能生產最先進的晶片,需要眾多廠商協力完成產品,每家都擁有能與台積電長久配合的高技術及穩定性。

3.假設整個產品的每個製程都差0.1%,在成本數以百億計算的半導體產業,最終差距將會破億,這也是三星、中芯追不上台積電的主因。

台積電去美國這件事,為何鬧得這麼大?一派人講得好像產業要被掏空、全世界在「去台化」。以我的角度來看,至少相信這樣論述的身邊案例,都經歷過並相信過台灣西進中國,讓中國技術提升的「事實」。

換言之,撇除完全不懂電子產業的人,會相信的多數人,只是依循過往經驗,覺得這符合邏輯。

我來解釋為什麼產業人士對這說法不予置評的理由。

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電子業涵蓋了最尖端的半導體製程,也有被視為最傳統的電路板。打開你的電腦主機,每一塊電路板上面的大小零件,全部合而為一,才能產生處理器、顯示卡等功能。

這是人類科學系統整合之大成,尖端科技的結晶,讓我們能夠在網路上褒貶時事,憂慮這一條龍技術將會被美國「搶走」。至於半導體業有一半的技術來自美國,這好像不存在憂慮者的想像裡。

不過更上游的設計端不在我這次的解釋範圍,我會分享產業鏈觀點中為什麼會認為不可能的理由。

從積體電路(IC)看起,矽晶圓的磊晶、切割,是一個製程,所謂半導體的奈米製程,其中包含:晶圓製造、切割,然後顯影、曝光、蝕刻、鍍膜。每一個製程都要專職工程師,花上很多年累積經驗,才能確保高水準的生產品質。

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台積電因為公司規模大,積體電路生產很像一條龍模式,因此讓許多人誤會,以為台積電的半導體技術是「一個」。但其實不是,上述的每一個製程,負責的工程師窮數年之功,才能窺得一二。想要精通全製程的作業技術,基本上不可能。

台積電公開的供應商就有幾十家,每一家都有自己的技術,甚至有壟斷的能力。就算都叫同一家的設備、原料,三星生產的品質跟台積電就是有差,因為生產技術不能光靠買機器、放入原料、按下按鈕就能複製。還有很多調校的功夫要做,還要累積出最佳生產條件的經驗。

同一種設備,在不同供應商手上生產,2者的差異可能是1%,看似很小,但若每一種設備都差1%,在原物料方面也有差異1%,初步估算共10個製程,兩者的差距就是100%:90%。

三星晶片的良率為什麼追不上台積電?就是在很多地方差0.5%、1%,就差一點點而已;更別提中芯的製程有些還差到5%~10%,最終導致良率差異,使成本更出現難以跨越的障礙。這需要用複利計算去思考,不是只看單一製程的差異而已。這也是為什麼挖角台灣幾百人過去,也無法複製台積電的理由,因為在半導體製程中,單一位工程師可能就只懂他眼前這道,不瞭解其他的製程。要複製出另一個台積電,大概要挖腳上萬人,那乾脆直接買下台積電還比較快。

美國光有晶片沒有用,至少封裝、載版技術都要搬走

我想很多人看到這會嗤之以鼻,說這跟技術被美國搶走有什麼關聯?

有的,因為這只是半導體的部分,光有晶片沒有用。以高階產品而言,並非你擁有晶片就什麼都能運作了,若是其他製程、載體不匹配,照樣達不到功能要求。

關於其他製程的部分,我概略說明,主要是讓各位理解複雜度,跟複利計算的概念。

台積電出廠的晶片,後面還要有載板、封裝測試流程。載板是IC與電路板之間的中介層,封裝要把IC的接點連到線路,以便安裝到電路板(PCB)上。

載板廠,台灣知名的有欣興電跟南電,還有以前出貨過的對象景碩。全球前二的載板廠是哪一家?欣興電子。

至於封裝廠呢?全球最大的是日月光,京元電做為封裝測試,有全球性名聲跟信用。

編按:欣興電子、日月光、京元電等描述,皆以2022年12月查詢的資料為準。

以上流程跑完後,才是我們看到要安裝到電路板上面的一塊塊晶片。裡頭涉及「去台化」爭議中的只有一小部分,雖然說很重要,但沒有其他製程配合,仍然無法稱作尖端產品。

再來進入傳產領域,印刷電路板(PCB),依照大致流程簡介如下。

基板材料找台玻的玻璃纖維;樹脂大廠有南亞。將相關材料結合,經過幾道流程製作出銅箔基板,靠台光電。進行後續加工的知名廠商有楠梓電,過程如鑽孔、鍍銅、防焊處理、表面處理,鍍金、噴錫等製程,負責的廠商比較多,如嘉聯益、競國⋯⋯。

上述的各種製程,從積體電路到電路板,有的廠商只負責一段、有的廠商則是一條龍生產,所以才會讓人覺得為什麼廠商跨行了。這些廠商過去西進中國,都是從舊製程開始,沒有把最專業的部分搬過去。就算被歸類到製造業傳產,這些廠商依舊屬於電子業的一部份。

台灣電路板的生產、整合能力在全球可說是最好的,即便中國學了20年以上,在良率、品質部分依舊跟不上。你可以把機台搬過去,有技術的工人不見得要過去,台廠主管知道買哪些設備、原料,但實際操作技術無法從工人腦袋裡挖走。

台灣在這塊領域上之所以有超越日本的部分,是因為累積了數十年的經驗,加上日本逐漸放棄的緣故。所謂的替代、超越,實質內涵並沒有那麼單純。

生產過程還沒結束!這只是做好一塊電路板,還要拿去跟包含積體電路在內的各種電子零件,進行上件(SMT),流程要上錫膏、打件然後回焊,這過程常是由一家公司完成。

編按:上件是在電路板上貼上所需元件;上錫膏是為了幫助焊接;打件是將元件定位在電路板上準備焊接。

電路板到上件看似是傳產領域,但這部分才是台灣最強大的核心部分,也就是代工。未上市上櫃的中小型代工廠遍布全台,代工廠每家使用的原料不大一樣、製程機器也略有不同,有的硬板很強、有的軟板良率高,某些製程做得到、有些就是不行,這些都是大大小小代工廠,要經過好幾年,才會成為存放在經理、廠長腦袋的資訊。

也就是説,當你拿到一塊最先進的顯示卡,從運算元件到基板,每一個部分都是好幾家廠完成。我們以為,某塊電路板是由某廠出來,其實他轉包給數家中小型代工廠,各自進行不同的製程,透過這種競合,找到最適合某個產品的生產條件。

以上過程,都還沒講到打線這些要求更多的製程,更別說半導體磊晶,光是銅箔基板的鍍銅過程、表面的金如何處理,都可能影響到上件回焊的條件。

把這些過程放到到「去台化」論述中,你就會覺得完全說不通。

有接觸過半導體生產的人,能體會台積電對品質的龜毛,以及對穩定製程的堅持。並非產品規格對了、價錢更低就換廠商,這往往會為了重新調校付出更大的代價。

半導體產業1個產品良率差3%,成本差上億

再回到複利的概念,上述每個製程,只要每一個良率都差個0.5%~1%,整體會差多少?不客氣的講,一個產品出貨前經過的工廠不只10家,每家流程中的設備與原料也不只10個,假設只算30個差異好了。

每個都只差1%,最終結果可能是100:74,在工業生產的角度看來,完全是輾壓,生意不用做了。差0.1%呢?100:97,看起來是沒差多少,但在半導體產業,基數是以幾百億的成本計算,高出3%就足以形成絕對優勢。

為什麼台灣有工程師會覺得良率差一點沒什麼?因為經驗上他只負責某個製程,2種設備跟做法只差1%,的確是沒多大差異。即使放大到一間代工廠,也只有3~5道流程,整體算下來也是不到0.5%的誤差,所以才會套用相同邏輯,認為半導體產業也是這樣。

其實並非如此。要把台灣的半導體技術優勢搶走,產業鏈絕對不是只看晶圓,最起碼連載板跟封裝段都要看。光是這樣,美國就需要付出比現在多10倍以上的代價,還不見得能在10年內可以做到。若要連整個電子業根基拔起,前述的價碼多乘10倍都不夠。

要如何促成台灣的技術總崩潰?其實也不難,只要每一個人都相信去台化一定會發生,技術遲早都會被搶走,所以大家趁早替自己打算。

1個人成不了事,10萬個電子業從業人都這樣想就會出事。

*本文獲「王立第二戰研所」授權轉載,原文連結

責任編輯:陳瑋鴻
核稿編輯:倪旻勤

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