從豆漿店走出的臺灣半導體,如今全球舉足輕重,給我們哪些啟示!

2020-12-17 石墨烯資訊

臺灣半導體是全球半導體一個舉足輕重的角色。光拿臺積電來說,這家晶圓老大的全球影響力就無人能比。

根據臺灣工研院IEK Consulting報告,2018年臺灣半導體產業產值達新臺幣2.62兆元,穩定成長6.4%。工研院進一步指出,雖然2019年受限於全球經濟景氣放緩,半導體產業的成長動能轉趨保守。不過他們指出,2019年臺灣半導體產業產值可達新臺幣2.64兆元,優於全球平均水準,有望超越韓國,重回全球第二名,市佔率達20%。

從整體水平上看,目前臺灣在IC製造與封測產業排名均為全球第一,IC設計排名第二,記憶體排名第四,臺灣地區的整體產值在全球僅次於美國與韓國。據預測,臺灣今年晶圓代工業成長約達5%,記憶體超過30%,可望帶動今年半導體產業表現相對穩定成長。

而這一切的成績都起源於1974年的臺北市南陽街的小欣欣豆漿店中。

一場偉大的早餐會

1974年,臺灣以勞力密集輕工業、加工出口業為主,成功創造經濟奇蹟,躍升為亞洲四小龍之首;然而,同時卻也面臨產業發展成熟,盛極而衰的瓶頸,而且第三世界國家崛起,擁有既大量且低廉的勞動人力,臺灣亟需尋找下一個世代產業接棒的轉捩點。

同年二月,在臺北市南陽街小欣欣豆漿店冠蓋雲集,一場早餐會聚集當時臺灣重量級政經界人物,包括行政院秘書長費驊、經濟部長孫運璿、電信總局長方賢齊、交通部長高玉樹、工研院長王兆振、電信研究所長康寶煌,以及力主臺灣發展集成電路產業的美國無限電線電公司(RCA)研究室主任潘文淵。

潘文淵提出發展積體電路(IC)技術,是幫助臺灣產業往高科技轉型最有機會的方式,也獲得孫運璿等官員的認同。隨即,他就在圓山飯店閉關十天,寫下「集成電路計劃草案」,才有後來工研院電子所的誕生、RCA計畫的執行,以及臺積電、聯電等晶圓廠的成立。

隨後,潘文淵在美國召集海外學人組成電子技術顧問委員會(TAC),並遴選RCA公司做為技術轉移的合作夥伴,選定引進集成電路中的互補式金屬氧化物半導體(CMOS)技術,在工研院成立電子工業研究發展中心(後擴大為電子研究所),作為「集成電路計劃」的執行單位。

1974年,潘文淵博士在美國積極規劃集成電路技術,並召集當時美國IC界有名的華人專家成立「電子技術諮詢委員會」,由潘文淵擔任主任委員,以做為臺灣技術、工業發展上的諮詢機構。前排左起凌宏璋、葛文勳、趙曾玨、羅念、胡定華,後排左起厲鼎毅、史欽泰、李天培、楊丁元、潘文淵。

在計劃擬定後,團隊即刻開始招兵買馬,當時在美國普林斯頓大學攻讀博士畢業的史欽泰、楊丁元、章青駒等人,放棄在美國工作的機會,回臺灣加入工研院,投身集成電路計劃的引進,並分成設計、製造、測試、設備4組,由他們擔任赴美國RCA公司取經團的領隊。

1976年4月,經過招募培訓的19人團隊,懷著興奮、緊張,以及期待的心情,出發前往美國。當年那群30歲上下的年輕小夥子,不負所望地將集成電路技術成功帶回臺灣,如今,他們皆成為臺灣電子科技業中重量級人物,各自擁有一片天,持續為臺灣經濟打拼。

1976年,工研院派員赴美國RCA訓練。與RCA公關主任合影,左起曹興誠、倪其良、曾繁城、戴寶通、劉英達、陳碧灣、史欽泰。

現任臺積電副董事長的曾繁城,為當初第一批赴美的19人團隊之一,他回憶道,「當時我們很都年輕,懷抱著無比的熱情,想要把臺灣的集成電路技術做起來。」史欽泰亦相當肯定RCA技轉計劃的成果,他表示,「RCA技轉計劃為臺灣建立自行研發技術的信心。」有別於過往臺灣產業以製造加工業為主,RCA計劃的成功,讓社會及民眾發現,臺灣有能力自行研發技術,進而堅定轉往高科技產業發展的目標。

從電子表IC起步

為了掌握時效,驗證來自RCA轉移的技術並實現島內設計、製造集成電路,在那些先鋒趕赴美國學習的同時,留守臺灣工研院的副院長胡定華齊頭並進,主持了臺灣第一座集成電路三英寸示範工廠的興建,其時是1976年7月。

一年多之後,示範工廠落成,那些去RCA接受訓練的臺灣年輕人也返回寶島,在這個示範工廠上利用他們在RCA學習的技術試生產電子表的IC。據當事人回應,這班年輕人在示範工廠上做的第一批產品就成功了,這就帶給他們無限的鼓舞。但好的開頭,一開始並沒有獲得好的結果,在大家備受煎熬之際,一個在香港做電子表的臺胞給了他們10萬顆晶片的訂單,這就重新提振了他們的信心。值得一提的是,這個臺胞是當時赴美培訓的史欽泰的同學。

從這筆生意開始,示範性工廠的生意開始一帆風順,他們的生產良率在短短六個月之後就超越了RCA,這也幫助他們成為了電子表IC的最主要供應商。這也為他們後來推出遙控IC、電機機IC打下了了基礎。

據當事人回憶,當時因為示範性工廠的良率超過RCA,這讓RCA對這個示範性工廠有了濃厚的興趣,他們甚至向當地政府提議買下這個工廠,這個念頭差點斷送了臺灣半導體產業的未來。不過在當時的臺灣經濟部邀請工研院相關人士去聽取方案之後,工研院方面堅持要擁有自己的產線,並以其帶動電子產業升級的理念,這就保住了臺灣集成電路產業的火種。

以電子表IC為開端,臺灣電子產業也完成了從勞動密集型向技術密集型的轉變。

臺灣工研院當時的另一個設定,也是臺灣半導體產業遍地開花的保證。

根據當時他們的規定,工研院主要扮演的是一個科研的角色,如果他們推進的項目可行,就將技術轉移民間發展。但胡定華也指出,如果直接把現有的技術交給民間企業,很有可能會失敗,為此他們推動民營企業走在技術的最前面,預測技術的發展趨勢,這樣才能更好地推動技術轉移。

這也推動了聯華電子的成立。

聯電和臺積電奠定臺灣晶圓代工地位

雖然臺灣工研院持有這種開放的態度,但在一開始,臺灣的民間資金也不敢貿然投資,到了1980年,聯華電子才艱難成立,這也是臺灣工研院技術衍生的第一家公司。

資料顯示,臺灣工研院從聯電成立開始,就協助他們建廠、裝配設備和員工培訓,工研院還向聯電轉移了四十多個自身的工程師,就連要生產的東西,也都是工研院授權聯華電子去生產的。而當時去RCA學習的19名技術人員之一的曹興誠就成為了聯華電子的副總經理。

成立的前7年中,它一直只是家從事自有產品生產的整合元件製造(IDM)廠,但幾次成功的事業轉型卻讓聯電始終保持著業界領先,這其中,曹興誠功不可沒。值得一提的是,在1995年,曹興誠敏銳地察覺到半導體代工有極大的市場潛力,並果斷出擊晶片代工製造業。他一一寫信給美國前十名的IC設計公司,積極洽談合資經營晶片代工的事宜。結果是,聯電一口氣和11家IC設計公司合資,並在1995年轉型進入純晶片代工領域。他們和成立於1987年的臺積電一起,奠定了臺灣在全球晶圓代工領域的地位。

談到臺積電,則要從1986年說起。

前面說到,工研院會專注於技術研發,這就促成他們在1986年就建成了臺灣第一座六英寸實驗工廠。時任工研院院長的張忠謀認為,如此龐大的投資,如果只是用來研究,就很難彰顯其實際效益,為此他提出將超大型集成電路實驗工廠轉為民營專業代工公司的構想,這就推動了臺積電的誕生,那個做實驗的工研院超大型集成電路試製工廠搖身一變成為了臺積電的一廠。值得一提的是,張忠謀建立TSMC的首批資金來自於飛利浦的四千萬美金。

臺積電成立時的資金來源

臺積電的誕生進而變革了集成電路產業,探索出了Fab和Fbaless兩種不同的業務模式,成就了接下來幾十年的半導體又一波繁榮。和當年的聯電良率超越RCA一樣,臺積電的的製程後來也超越了飛利浦,並依據成為全球的晶圓代工廠老大,這就是後話了。

晶片設計和封裝產業的繁榮

伴隨著臺灣晶圓廠的創立,來自工研院,美國返臺的工程師都紛紛創立IC設計公司,帶動了臺灣IC設計產業的興起。在這裡,我們就不得不提源自於聯電科技的一大批「聯」字頭晶片公司。

上文見到,因為看到了代工的機會,於是曹興誠在1995年放棄經營自有品牌,轉型為純專業晶圓代工廠,並與美國、加拿大等地的11家IC設計公司合資成立聯誠、 聯瑞、聯嘉集成電路股份有限公司,同年9月8吋晶圓廠開始生產。但因為受到客戶質疑在晶圓代工廠內設立IC設計部門, 客戶會有懷疑盜用客戶設計的疑慮, 聯電將旗下的IC設計部門分出去成立聯發科技、聯詠科技、聯陽半導體、智原科技、聯笙電子、聯傑國際。這些企業甚至到現在還在臺灣的IC設計產業有這舉足輕重的地位,聯發科就是當中的一員。

在1990年前後,據不完全統計,臺灣先後誕生了包括大智、矽統、楊智、瑞昱、詮華、華展、群立、普騰、勁傑、偉詮、凌陽和矽成和等一大批晶片設計公司。同時還有華邦、合泰、茂矽、世界先進、力晶、南亞和旺宏等一大批製造企業。

除了晶片設計產業外,臺灣封測產業也在臺積電等代工廠的幫助下,跨上了一個新臺階。而追溯臺灣半導體封裝產業之萌芽,其實比工研院的成立還早。

上世紀六十年代,歐美日等國電子業IDM因成本考量,而將產品後段電晶體組裝生產線移往人力低廉之亞洲地區,臺灣當局就以優惠政策吸引來臺投資的外商電子封裝廠,當時包括了高雄電子(Microchip,1966)、飛利浦建元(Philips,1967)、臺灣德儀(Texas Instruments,1971)、捷康(Siliconix ,1974 )、臺中三洋(Sanyo,1976)、吉第微(1981)、摩託羅拉(Motorola,1985)等;這些封裝廠承接母公司技術與訂單,業務內容也由初期的電晶體組裝。在1970年代全球IC產業起飛之際轉向IC構裝。臺灣本土的封測企業就是在這個時間段崛起的。

1970~80年代,臺灣正在努力開創專業晶圓製造業,在政府的資金補助與技術輔導之下,臺灣本土的封測廠陸續成立並蓬勃發展。據不完全統計,臺灣本土業者包括較早期之萬邦、環宇、華泰、菱生、華旭,以及後起之秀日月光、矽品、鑫成等。歷經多年的發展,臺灣成為了封測產業的絕對龍頭。

至於臺灣的IC測試產業,也是是從上世紀七八十年代封測廠只是IC封裝廠或晶圓製造廠內的一個部門,如高雄電子、飛利浦建元電子與聯華電子之測試部門,並未有專業測試廠的設立,到1988年專業邏輯IC測試廠立衛科技成立,臺灣始有IC測試業的產業型態出現。

與此同時,光罩和材料等一系列產業也獲得了同步發展,共同營造了臺灣半導體產業的繁榮。在這個發展過程中,除了工研院外,臺灣當地的政策支持,也在臺灣半導體的崛起過程中發揮了重要作用。

■本文來源| 半導體行業觀察 DT新材料

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