为什么与台积电共创对日本企业来说是一个千载难逢的机会

在过去的几十年里，半导体的发展一直围绕着制造“前端”的小型化。然而，随着生成式AI的兴起，半导体现在被要求拥有前所未有的计算能力，现在人们的注意力转向了“后端”的技术创新——一个传统上相对被忽视的领域。

台积电过去十年来一直在加强后端制造的研发。台积电在日本筑波建立了先进封装技术研发中心，可能并不广为人知。然而，与日本企业共创的基础已经奠定。
为何立足日本，促进与日本企业的合作？我们采访了台积电日本3DIC研发中心（以下简称3DIC研发中心）主任江本丰;Shinpei Yamaguchi，负责现场材料开发;以及负责工艺开发的 Ryutaro Yasuhara。

半导体制造是一门“综合艺术”

──传统上，半导体的主要关注点是通过小型化提高性能的“前端工艺”，但近年来，人们的注意力集中在更下游的“后端工艺”上。
江本：是的，没错。我是这个“后处理”的研发中心主任，但实际上我不喜欢“后处理”这个词。

传统上，制造业的下游流程被认为只不过是“组装成品零件”，并且被认为在技术上比上游流程难度较低。

然而，当今半导体制造的尖端与“简单的组装工作”完全不同。它已经演变成“先进封装”领域，需要极其先进的技术。

为什么会发生这种演变？
山口：简单来说，就是因为半导体所需的计算能力急剧增加。
举个最近的例子，生成式人工智能的兴起增加了对高性能半导体的需求，我们现在处于仅靠前端工艺的技术创新已经不够的境地。
我个人在3DIC研发中心参与材料研发，我每天都觉得即使在半导体芯片的封装过程中也需要创新。
封装工艺的最新技术是“3D封装”。
该技术将多个半导体芯片垂直堆叠和连接，缩短了芯片之间的距离，提高了数据传输的效率，从而提高了半导体性能。

── 芯片的垂直堆叠是一种技术创新吗？
山口：是的。台积电量产的尖端半导体的电路线宽小至3nm（纳米）。
这些微小的半导体必须堆叠起来，然后紧密重叠，以确保电气连接。
从材料选择到精确的对准和热管理，需要广泛的高度先进技术。
安原什么更困难的是，除非有一定的良率，否则业务将无法生存。
我在我们中心负责工艺开发，因为我们处理非常昂贵的半导体芯片，所以我们需要尽一切努力减少封装过程中的不良品。
因此，防止不良品生产或尽早发现不良品的检查技术也很重要。
半导体制造是一种“综合艺术”。
就像电影或歌剧一样，只有通过动员一群具有广泛专业知识的工程师来创作，从材料化学、机械工程、热工程到信息控制。

台积电为何在筑波设立研发中心

──台积电于2021年在筑波市设立了3DIC研发中心，这是一个专门研究先进封装技术的研发中心。听说日本是台湾以外第一个拥有这样的研发中心的国家。
江本中心是与日本供应商（提供零部件和材料的公司）合作，研究开发与先进封装技术相关的材料和设备技术的基地。
日本公司在许多半导体材料和设备产品中占据着全球最高的市场份额。
通过利用日本企业优势的研究和开发，我们希望创造出满足半导体行业尖端需求的技术。
台积电日本3DIC研发中心，位于筑波市。照片由台积电提供。

--与该中心合作似乎对供应商也有好处。
江本：是的。相信通过与台积电的合作，日本供应商可以磨练出自己独特的技术能力，并与世界分享。
台积电是一家“专注代工厂”，没有自己的产品，但专门制造客户订购的产品，与世界各地的客户一起创造尖端、创新的产品。
因此，通过与台积电合作，日本材料和设备制造商可以紧跟半导体市场的最新趋势和需求，使他们能够销售满足全球市场需求的产品和技术。
因此，在我们的中心，我们作为台积电解释全球客户要求的规格，然后具体询问我们的日本供应商，“你们能制造出具有这些特性的材料吗？
我们相信，通过参与这些类型的讨论并做出调整，我们可以为供应商的研发工作提供价值。
山口：日本企业的另一个优势是他们的产品可能会被台积电采用。
在典型的半导体器件制造商中，研发部门与制造和量产部门是分开的，因此即使在研究阶段取得了良好的结果，在量产中也往往会产生不同的结果，从而导致返工。
相比之下，我们中心安装的样机线与我们总部工厂的样机线相对应，因此所获得的成果可以直接反映在台湾的量产线上。
总部和我们的中心之间没有“电话游戏”，这就是为什么我们可以更快地从研发和原型设计转向批量生产。

日本企业与全球市场之间的桥梁

──3DIC研发中心开业的4年里取得了哪些成果？
江本：一旦我们真正开始运营，在日本立足的好处比我们想象的要大。该中心刚开业
时，它与大约40家日本公司合作，但现在它正在与大约120家公司进行联合开发。
虽然最初主要是实验性的，但随着我们开始看到结果，研发主题不断扩大，我们已经能够扩大与更多公司的合作范围。
安原：事实上，我们也收到了来自台湾总部的咨询。我们收到了很多具体的要求，例如“你们能解决这些问题吗”或“你们能和我们的日本供应商一起尝试新技术吗”，我们确实感受到了很高的期望。
江本：举个具体的例子，我们中心刚开业，对 3D 封装产品的需求就爆炸式增长，有一段时间我们的台湾总部不得不迅速提高产能。
工厂在扩大量产方面面临着各种挑战，但本中心与日本制造商合作，找出材料造成的缺陷原因，为解决量产问题做出了贡献。
另一方面，日本公司也确实被要求以更快的速度采取行动。日本企业目前在材料和设备领域所拥有的优势绝不是稳固的。
在海外，快速增长的材料和设备制造商层出不穷。日本企业需要更快地采取行动，以保护并进一步扩大他们迄今为止积累的市场份额。
台积电致力于快速决策和研发，及时满足客户的产品创新需求。
我们相信，与日本合作伙伴和供应商合作，以同样的速度推进材料和设备的研发，将进一步磨练日本在材料和设备领域的优势，并引领日本半导体产业的发展。
安原我们中心的作用是充当连接日本半导体生态系统中拥有卓越技术的公司与全球半导体市场的桥梁。
我们希望日本材料和设备相关企业将该中心视为通往全球市场的门户，并充分利用它。
当我们一起进行研发时，我们不在乎公司的规模。我们希望与半导体领域具有扎实技术能力的公司建立联系。
江本：半导体领域正在以惊人的速度变化。我们相信，与日本企业一起开拓这一前沿的能力是我们的主要优势。
我们将继续全速努力，确保该基地源源不断地产生新技术和优秀的人力资源，并能够在全球舞台上展示其存在感。