◎ 賴宛靖
全球最具影響力半導體專業展會SEMICON Taiwan於2025年9月上旬登場，集結超過1,200家半導體與科技指標企業，創歷屆最大規模。經濟部產業技術司集結工研院與金屬中心打造「科技研發主題館」，攜手日月光、承湘、和亞、巽晨、德律等關鍵業者，展出37項前瞻技術。
經濟部產業技術司副司長周崇斌指出，生成式AI與高速運算推升資料中心流量自2010年至2024年暴增逾70倍，帶動高速傳輸與高效能晶片需求。技術司近5年投入近400億元，聚焦AI、高效能運算（HPC）、矽光子、先進封裝與化合物半導體，推動晶片軟硬整合與先進製造自主化，在臺灣打造一條更具韌性、技術領先且自主可控的先進半導體供應鏈。
工研院副總暨電光系統所所長張世杰表示，工研院致力於前瞻半導體與AI技術研發，並以系統整合思維帶動產業鏈升級，展現臺灣在下一世代高速運算與智慧製造的關鍵能量。本次展出亮點包括具備高速傳輸與低功耗優勢的矽光子晶片技術，透過高密度異質整合與低損耗光學設計，能有效解決AI資料中心高速傳輸瓶頸；以及全球首創、具高度彈性設計的新晶片模組「3D客製化晶片通用模組」，可提升產品開發效率達7成。
工研院以半導體與AI前瞻技術引領產業升級，展現臺灣在下一世代高速運算與智慧製造的關鍵能量。（工研院提供）
矽光子技術 為資料中心開啟光速大道
在AI與大數據驅動下，資料中心的高速傳輸需求急速攀升，傳統電路板傳輸已無法滿足需求。「矽光子技術」以光取代電子傳輸，將光學元件整合於晶片中，不僅頻寬更高、速度更快，也能取代實體纜線，大幅提升資料中心效率與靈活性。
工研院將矽光子結合先進封裝技術，成功開發臺灣首款1.6 Tbps矽光子光引擎模組，高度整合光電元件，讓資料能即時傳輸，大幅降低延遲、提升頻寬與效率，傳輸速率提升至1.6 Tbps，相當於備份1TB資料只要5秒鐘，也就是每秒可傳出40部高畫質電影，比市售產品快1倍，效能達Nvidia GTC 2025國際水準，能滿足資料中心與高效能運算需要的超高速傳輸，預計在2026年推出3.2T版本，打造更寬廣的「資訊高速公路」。
但要讓傳輸速率突飛猛進，必須加入新材料進行「異質整合」，等於要在指尖大小的矽光晶片內，精準嵌入來自不同製程的元件，對位容不得毫釐之差，才能確保光訊號在晶片中穩定傳輸。工研院利用高精度的光纖對位及氮化矽光路設計，降低光在傳輸時的損耗，讓訊號完整送達接收端。團隊更應用獨家專利的「可插拔式光纖封裝」技術，有別於傳統固定式封裝，讓光纖與晶片可分離，避免光纖尾纜在製程中受到干擾而損壞，也能簡化檢修流程，若模組故障，只需更換單一零件不必整組淘汰，成功鏈結設計、製造、封裝、量測、設備等供應鏈夥伴，強化臺灣在高速運算市場的領先地位。
「矽光子技術」以光取代電子傳輸，將光學元件整合於晶片中，不僅頻寬更高、速度更快，也能取代實體纜線，大幅提升資料中心效率與靈活性。（工研院提供）
3D客製化晶片通用模組 加速AIoT裝置上市
傳統系統級封裝（System in Package；SiP）得視客戶需求重新設計，從設計到成品往往得耗時半年以上、延宕產品上市進程。工研院全球首創的「3D客製化晶片通用模組」，打造出世界最小的開發基板，透過「可程式化模組」與「異質封裝技術」，能支援大部分的AIoT應用；可程式化的通用載板內嵌主動式可編程切換晶片，適用各式感測器，即便模組體積縮小3成，仍能把多IO介面、Full-HD影像處理、AI高速運算及RF傳輸通訊元件等，快速整合進指甲大小的載板中，且開發時程縮短至12週、提升效率7成，加速AIoT產品上市時程，確保高良率並降低生產複雜度。
日本知名鐵道模型公司KATO已率先採用，順利把鏡頭放進鐵道模型的微型車廂中，實現「第一人稱視角」的操控體驗，在日本鐵道模型展上首次亮相就吸引業界目光。這項技術也可應用於無人機、AR眼鏡等裝置，甚至做為工業檢測或特殊任務的「微型助手」，目前已成功應用並技轉於巽晨國際委託開發的微型模組，亦預計覆蓋7成AIoT市場應用，並已攜手欣興電、鼎晨科技等廠商建置試產線，帶動投資逾21億元，成為臺灣AIoT產業加速器。
日本知名鐵道模型公司KATO已率先採用，順利把鏡頭放進鐵道模型的微型車廂中。（工研院提供）
工研院全球首創的「3D客製化晶片通用模組」，打造出世界最小的開發基板，透過「可程式化模組」與「異質封裝技術」，能支援大部分的AIoT應用。（工研院提供）
陣列3D檢測技術 突破奈米級檢測瓶頸
隨著晶圓面積擴大與晶片更加微縮且採3D堆疊發展，傳統奈米級檢測已難滿足產能需求。工研院研發全球領先的微型化陣列檢測系統，以創新的非平面光學共焦設計及陣列共面反射微機電製程，實現2x2陣列干涉檢測顯微鏡組，提升4倍以上的檢測效率，可應用於高精度檢測產業，如:先進封裝、Micro LED與矽光子檢測。
陣列3D檢測技術是以「白光干涉」為基礎，建置出搭載4顆鏡頭的顯微測量平台，形成陣列化設計，如同有4顆眼睛同時共焦顯微掃描。研發時最大挑戰在於確保4顆鏡頭的「共面」一致，若鏡頭間出現高低差，檢測結果就失真；透過創新專利的非平面共焦顯微光學設計以及陣列共面反射的微機電製程，團隊成功克服難題，確保多鏡頭同步共焦掃描，仍能維持與單鏡頭同等的檢測品質，先進光路設計更可即時辨識出晶片表面的損傷、不平整或變形，不僅精度達10nm，效率更提升4至10倍。此外，系統9成以上由國內自製，降低購置與維修成本，也能視產業需求快速調整與客製化，目前已與國內檢測設備商合作開發雛型設備，並完成國家標準技術研究所（NIST）標準件、μBump、μLED樣品驗證，並進一步精進高倍率掃描，以滿足矽光子微透鏡檢測需求，讓MIT半導體檢測設備在全球市場上爭取更多話語權。
陣列3D檢測技術是以「白光干涉」為基礎，建置出搭載4顆鏡頭的顯微測量平台。（工研院提供）
顯微干涉同步檢測模組 一站掌握晶圓尺寸形貌
由於半導體先進封裝製程日益複雜，傳統檢測方式往往需要多台設備搭配，但對尺寸（2D）與形貌（3D）對應關係仍無法同時掌握，檢測過程十分耗時。
「顯微干涉同步檢測模組」以整合化設計顛覆傳統，將2D顯微與3D干涉整合為一台設備，省去檢測時多站搬運與重新對位的困擾，透過特殊光學設計，只需拍攝一次即可還原完整的2D及3D資訊，檢測時間縮短50%，好比一台機器可同時完成超音波和斷層掃描，免去病患奔波於各種檢查室的辛勞；此外，檢測時無須多台機器並排運作，設備成本平均可減少40%。對廠房空間寸土寸金的產業而言，也能釋出更多空間用於其他製程，提升產能與獲利。
「顯微干涉同步檢測模組」兼具大範圍（400μm）與奈米級（<0.5 nm="" 5g="" p="">
「顯微干涉同步檢測模組」將2D顯微與3D干涉整合為一台設備，省只需拍攝一次即可還原完整的2D及3D資訊，檢測時間縮短50%。（工研院提供）
晶圓表面粒子檢測設備 透明晶圓品質
晶圓表面粒子檢測在半導體製程中扮演關鍵角色，任何細微的表面瑕疵都可能導致良率下降，造成巨大損失。然而現有的光學檢測技術速度慢、靈敏度不足，在面對玻璃等透明材質時，會因光線干擾而失準，也無法滿足透明晶圓與更小粒徑的需求。
工研院自主研發傾斜入射雷射散射光學模組與演算法，可檢測矽、碳化矽（SiC）、玻璃等材料，最小粒徑達0.2微米（μm），8吋晶圓僅需4分鐘就能完成檢測。這套設備運用「傾斜式光學檢測」，有效避免背光干擾，讓透明材料上的細微瑕疵無所遁形，再運用演算法修正，依據不同材質、不同製程調整檢測條件，僅需調整光學模組與參數就能檢測，也能即時分析表面顆粒的位置、大小，並以色彩標示，讓使用者一目了然。
目前已導入國內晶圓廠，與晟格科技和亞智慧科技合作，將技術應用於玻璃載板與積亞半導體SiC晶圓線上檢測，補足國際上缺乏透明晶圓檢測標準的產業空缺，協助國產自主設備開發以強化國內供應鏈韌性。
運用「傾斜式光學檢測」，有效避免背光干擾，讓透明材料上的細微瑕疵無所遁形。（工研院提供）
本文經授權轉載自《工業技術與資訊月刊》
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