穩懋半導體十週年技術論壇會後報導

Anadigics執行長Mario Rivas

DIGITIMES行銷企畫

全球第一大砷化鎵晶圓代工製造業者穩懋半導體成立於1999年10月，2009年，該公司適逢成立10週年，並舉辦大型技術論壇。論壇由陳進財董事長致詞揭開序幕，隨後由Strategy Analytics產業分析師Asif Anwar針對砷化鎵產業展望進行專題演講。

接著由Renesas Technology董事暨資深副總栽Kunio Kobayashi、Anadigics執行長Mario Rivas和Avago執行長Hock Tan分享與穩懋的合作經驗及對產業未來的看法。除此之外，穩懋微波通訊事業群總經理王郁琦、光電元件發展事業群總經理張文銘和技術長蕭宏彬，分別分析了砷化鎵專業晶圓代工前景及其關鍵技術發展、砷化鎵在太陽能產業的應用與技術優勢兩大議題。

砷化鎵產業經過2000年網通泡沫巨大衝擊，2008年又逢百年一見的金融危機，2009年整體出貨量雖然預期較2008年略減，然而穩懋卻將逆勢成長；整體產業也將自2010年回溫，2011年再攀高峰。除了現在廣為應用的微波通訊以外，太陽能也是具備良好轉換效率優勢的三五族化合物未來發展領域。以下就是穩懋十週年技術論壇紀要。

2008至2013年砷化鎵產業的現況和展望

Strategy Analytics針對砷化鎵所做的最新研究，由於全球金融風暴的衝擊，原本成長中的砷化鎵市場遇阻，2008年的年成長率由先前預測的9%降至6%，成為2001年網通泡沫之後另一波向下修正；預估2009年砷化鎵場規模為35億美元，較2008年衰退5%。

不過這波衰退很快就會過去，由於2009年寬頻需求大增，尤其M2M (Machine to machine)、通訊及後置網路等需求增加，以及手機內容豐富了許多，驅動了多頻手機的市場需求，再度點燃了砷化鎵的市場需求，預估2010年整體市場將再恢復成長。然而，受到這波經濟衰退的影響，砷化鎵的總體成長預估將變緩，到2013年市場將出現持平。全球分布方面，北美還是占了大宗。

而以產業分工模式來看，砷化鎵專業代工擁有較短的設計週期，成本較低且能夠較快速導入市場，因此具備成本效能優勢，未來在砷化鎵整體產業擁有競爭力，預估年成長率可達9%，較整體砷化鎵成長4%為高，其中TriQuint和穩懋為砷化鎵晶圓代工市場的兩大領先者，並且市佔率持續推升。

穩懋與Renesas在功率放大器的業務合作

穩懋和Renesas的合作始於2004年，主要合作產品為高頻switch。當時Renesas一次又一次地評估合作對象，最後決定由態度友善的穩懋出線，成為合作夥伴，原因是Renesas矽材料的高整合性加上穩懋的化合物特性，能夠開發出優異的switch。於是2004年就由pHEMT switch開始，隨後溼度改善，2006年開始大量生產，2008年產能擴充、良率增加，2009年成本降低、良率進一步改善。

Renesas功率放大器模組中，pHEMT switch為穩懋所開發，在全球GSM手機使用量已超過2億顆，穩懋不斷改善製程，因此提高製程良率，且縮小晶片、達到高產能；而Renesas則提供技術支援，例如雙探針、粒子分析及減少、高密度電容估算等。展望未來，全球手機多模市場將快速成長，2011年將成主流，而多模方案需要更多的switch，switch的特徵也愈來愈重要，技術的精進，包括插入損耗儘量降低(最好下降為零)、並且晶片要更小等，這些也是穩懋和Renesas正在共同討論的方向。

新興成功模式－混合式製造

穩懋與Anadigics開創了雙贏的合作模式，包括戰略協議上，穩懋為單一的資源、提供晶圓代工服務、砷化鎵技術製程與協同運作，技術上則是具成本效率的，且為高效能的砷化鎵MMIC晶片，產品上則跨無線、手持式裝置、移動式WiMAX，客戶方面，除具備供應商的角色，也兼顧品質和客戶關係。這就是Anadigics和穩懋共同發展出來的混合製造模式。

現今砷化鎵由IDM模式轉變到新的轉捩點，砷化鎵廠商專注於關鍵領域像是產品設計和客戶的經營，晶圓就由代工廠如穩懋來負責。這種混合製造模式的流程為：磊晶、接著交由晶圓代工廠(穩懋、台積電、IBM)、封裝、測試，然後交給客戶。未來，將面對更複雜的局面。靈活度和設計上的要求愈來愈高，例如現在要求的是製程差異化，未來則是製程複雜度高，且產品和設計都要差異化、現在是廠內製造，未來則是混合式製造、現在著重於少數選擇性的市場，未來則趨向各種各樣的客戶和市場、現在還是功率放大器整合電路時代、未來則走向前後端模組、現在多客製化ASIC，未來則多ASSP和標準化產品。

新的應用也持續擴增，現在主流為CDMA / WCDMA、WiFi / WiMAX、GSM / EDGE，未來則為3G至4G / LTE、移動式WiMAX、Femtocell、先進讀表等。

砷化鎵市場持續呈現強勁成長，其中無線通訊領域需求為大宗，占了83%。市場則可以劃分為70%來自於手機，其他30%為WiFi加上寬頻網路需求，這也包括數據機將轉換到DOCSIS 3.0的市場。至於智慧型量表市場，估計2012年之前，將有1.5億的新智慧型量表要裝設，市場商機龐大。另外，家電控制器、恆溫控制器、高頻遙控器、Zigbee、車庫開門器、血壓計、小型氣象站、健康感測器等，都是潛力龐大的新興市場。

Avago與穩懋共創雙贏的合作關係

穩懋和Avago(當時還是安捷倫)的合作關係是從2002年開始。最初聚焦於mmW的pHEMT製程，2005年時擴大到HBT製程。穩懋是Avago成為手持式裝置電源放大器領導廠商背後的重要推手，現在和未來，穩懋和Avago的合作更將推進到新世代的HBT。

手持式裝置需求愈來愈多是砷化鎵市場成長的驅動力量；目前，數據電話(data call)已經超越了語音電話，窄頻CDMA、GSM市場漸漸衰退，3G、WCDMA約自2年前興起，且智慧型手機已經是最強大的成長區塊，另外，手機功能增加之下，高頻內容也成長很快，而無線通訊基礎建設和後置網路(backhaul)需求也大增。這幾方面都顯示砷化鎵的需求動力一直持續。

未來手機朝向更小尺寸、電池壽命更長、並且隨處都能使用的方向發展，安華高也致力以差異化技術提供天線到矽晶片之間的連結，期能提供獨一無二、每個工程師都樂於使用的元件，像是LNA、FEM、和穩懋合作的PA等。

Avago的CoolPAM功率放大器家族就能提供差異化效能，第4代和第5代技術能夠延長通話時間10%~15%，預計2010/2011年導入的第6代技術更將進一步增加多頻和多模手機的使用效能。

砷化鎵專業晶圓代工前景及其關鍵技術發展

目前砷化鎵市場有95%都集中在無線通訊領域，手機功率電晶體是最大的應用；特性為，傳輸速度是矽的5至6倍，電晶體速度快，可提供較高的頻率和較大的頻寬，且基板可以絕緣，損耗低，效能佳，time to market更快。晶圓代工業務成功要素為，要有很強的in house能力，能降低沒有自有廠房客戶的進入障礙、產能充足可免去客戶在該方面的投資、產品線完整、市場多樣。

目前穩懋的產品線中，以HBT3技術占最大出貨量，許多一線手機客戶都已採用。我們提供晶圓的電子地圖，標示出有瑕疵的區域，若有品質不佳的die就不加以封裝，確保客戶產品的良率。穩懋0.15µm pHEMT技術採用電子束來寫，在noise方面有最佳表現，客戶用作高頻超低雜訊放大器應用。Die的尺寸也愈來愈小，使得成本下降，pHEMT手機天線switch第二代較第一代減少34%，隨著設計和製程改善，HBT手機功率放大器減少22%。

功能整合是未來趨勢，像現在各元件採用不同製程，相當複雜，例如功率放大器使用HBT、LNAs使用BiCMOS、Switch使用pHEMT，有好有壞；未來可使用BiFET將3種元件技術整合，集合各種優勢，電路工程師就有更大的設計彈性。
頻率元件在10GHz以下最適合使用GaN，因為breakdown最高，40~60GHz則適用GaAs pHEMT。微波功率放大器截止頻率x崩潰電壓若是矽則為250GHz-V，砷化鎵則為600GHz-V，下一代元件技術，GaN、InP則超過1,500GHz-V，採用0.1µm pHEMT技術，是未來研發方向。用做為高頻元件，閘極技術相當重要，現在以截止頻率30GHz為主流，新技術正朝截止頻率150GHz進展，採用0.1µm pHEMT技術。

穩懋產能持續擴充，2010年6吋晶片月出貨量為1.4萬片，產能為全球最大，今年則為1萬片？月。2006年占全球砷化鎵晶圓代工出貨金額20%，2008年為38%，2009年在金融風暴的衝擊下，全球出貨金額將下滑，但穩懋仍然穩步成長，預估市占躍為全球最大。GSM的功率放大器需求為4顆，WCDMA需要10多顆，2G+3G需要4~6顆，不僅手機如此，WiFi規格演變，功率放大器的需求也愈來愈多。這些都是砷化鎵的成長動能。

砷化鎵在太陽能產業的應用與技術優勢

未來50年人類所面臨的第一大問題將是能源問題，2008年，人類消耗了20兆電力，但是根據研究，其實地球上60億人口，只有三到二分之一的人正享受著電力資源，這表示未來能源需求勢必與日俱增；因此，替代能源的開發愈來愈迫切。替代能源有哪些？太陽能、風力、地熱、核能都是，其中太陽能潔淨永續成本低，是極佳的選擇。現在全球只有低於0.2%的電力來自太陽能，裝設量僅20GW，若以2%為目標，則400~600GW要被架設，相當於3億片6吋矽晶片的量。

Ш-V化合物事實上轉換效率較矽為高，美國裝設轉換效率可達38%。而且在高直射量下，Ш-V太陽能電池每度發電量成本最低，時間效率最快，且僅是薄膜太陽能電池五之之一的投資成本。不同區域適用不同的技術，高直射量的地區適合Ш-V太陽能電池，較潮濕的地區適合薄膜電池，矽不適用於太高溫。目前Ш-V電池產業的重點在上下游整合尚不足，鏡片等製造成本還太高。

若以鍺為基板，磊晶GaAs或InGaP可函蓋光譜上極大的範圍，組合成吸收光譜，形成多重介面的高效率太陽能電池。然而以鍺為基板材料相當貴，若要與矽競爭，成本需設法下降，因此發展出利用光學聚光的方式成為集光式太陽能電池，將太陽電池減小，成本便能下降。聚光倍率愈高，轉換效率就愈高，因此GaAs太陽電池的轉換效率可以達到38%，今年國際大廠就可以做到該效率，未來往41.7%努力。