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基礎科技

日 期：2011 年 經濟部技術處 產業技術白皮書

出 處：產業篇 標題壹

主題分類：智慧科技領域 第五章

文章內容

一、3D 積體電路關鍵技術及應用發展技術

（一）技術研發目標

未來半導體(Semiconductor)產業的成長驅動力以可攜式產品、個人電腦、汽車、生醫、綠能等

應用為主要方向，但產品定位因應經濟遲緩後已開始轉變；快速推出平價及低價的產品、或是高價格

性能比之新產品體驗，對吸引顧客愈來愈重要。半導體產業必須針對產品的新趨勢，進行技術的高度

整合及全新設計整合的思維持續投入，才能提供滿足此新產品定位潮流的解決方案。其中可攜式產品

扮演技術高度整合的重要推手，現今最高階的手機產品之應用及功能，成為個人電腦主要應用的延

伸，但因應可移動性及吸引顧客，甚至包括全球定位/個人導引系統、無線網路、多媒體、動態照相、

錄影等消費性功能，以及因應未來雲端運算(Cloud Computing)所需的高速傳輸需求、生醫綠能領域

的電子化功能加值。這樣的整合觸發了全球熱烈展開半導體產業超越摩爾定律的新象限(More than

Moore)，著眼於產品功能快速整合、加入智慧性功能、生醫相關感測及應用，期待提供未來生活更便

利，甚至提升生活品質的新體驗。

相對於現有摩爾定律(Moore's Law)在二維(2D, two dimensional)上追求愈來愈小的線寬與高度

集積化(22 nm and Beyond)，3D 積體電路(3DIC, three dimensional Integrated Circuit)技術提供全新

的思維，藉由全新設計概念、堆疊及直通矽晶穿孔(TSV, Through-Silicon Via)技術，拓展超越摩爾定

律的新象限，達成系統或模組化整合的最佳方案(System/Module Level Integration)。本技術研發初期

主要專注於 3DIC 之先導技術開發，並針對兩晶片間之接合介質、中介層(Interposer)、組裝技術、TSV

等做一系列的分析、實驗驗證與模擬的步驟，以利後續進行全方位的 3DIC 技術執行與展開。製程技

術發展主軸將鎖定 3D 模組設計、微凸塊技術與中介層開發、TSV 的連接、TSV 製程設計規則建立，

以及超薄晶圓薄化、取放與晶圓對接技術，將傳統 2D 晶片封裝轉變成 3D 的立體堆疊封裝技術，由

於 3DIC 能有效地縮減空間並縮短傳輸的距離，提供極低電阻連接，因此 3DIC 技術能在輕薄短小

(Small Form Factor) 與 價 格 的 要 求 下 提 供 多 功 能 整 合 (Multi-functionalities) 、 高 效 能

(High-performance)、低功耗(Low Power Dissipation)等許多優點。但由於堆疊架構的需求，亦將鎖

定主被動散熱技術、可靠度來解決散熱及後續驗證需求。

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未來在可攜式產品、個人電腦、汽車、生醫、綠能等應用蓬勃發展之際，提供未來邏輯晶片與記

憶體產品均朝向高密度，高頻寬(Bandwidth)與高速方向發展；而光電、感測及通訊模組朝微型化及

模組化發展，異質晶片的堆疊結合是未來的發展趨勢。其他如目前市場上已有之固態硬碟(SSD,

Solid-state Drive)、多核心處理器(Multi-core Processors)等發展趨勢與市場需求來看，3DIC 技術可

利用台灣先進的 IC 製程、優異的 IC 電路設計及成熟的電子構裝技術來發展 3DIC 的產業，提供輕薄

短小、高效能、低耗能和低成本的強力驅動力，結合先前開發之系統單晶片(SoC, System-on-a-Chip)、

系統級封裝(SiP, System in Package)堆疊等技術能量，由於能同時結合高效能及即時進入巿場

(Time-to-market)的雙重優點，運用在模組整合及微小化方面將造成全新的市場及技術衝擊。3DIC 技

術透過 TSV 進行晶片立體堆疊的連接方式與超薄晶圓薄化的技術，能有效地善用空間並縮短傳輸的

距離，提高元件的效能與減少能量的損耗，也因此才能發揮符合高效能、低耗能與輕薄短小的特性，

將協助台灣由傳統 2D 的平面式電子封裝方式轉變成 3D 的立體堆疊設計與系統整合，期能以晶片製

造及功能分工整合設計技術為基礎，並以微型、輕量、高性能、高整合的功能為標的，開拓出台灣半

導體產業的新契機。

（二）技術發展藍圖

3DIC 技術是可攜式產品高功能整合與無線化需求最具潛力的解決方案，也是台灣優勢產業-半導

體與資訊科技，創造下一波競爭優勢的機會，因此，台積電、聯電、南亞科、日月光、矽品及力成等

公司紛紛投入研發 3DIC 之相關應用。3DIC 技術之前景與重要性，目前已經廣泛受到肯定，除了製程

技術之發展，3DIC 設計技術/關鍵 IP 亦需同步開發，因此設計端之 3DIC 系統整合與設計輔助技術(含

晶片系統設計、設計自動化技術及 3DIC 設計平台)與 3DIC 設計服務與矽智財開發(含統包流程、矽智

財開發及測試技術)，亦將成為未來開發的重點。因此，3DIC 之設計、製程及測試驗證平台應用於處

理器+記憶體、記憶體及感測器之研發載具，未來將整合於智慧型手持裝置異質整合平台，見圖

2-1-5-1-1 所示。

於處理器與記憶體平台之重點在於建立電子系統層級(ESL, Electronic System Level)虛擬平台，

開發邏輯與記憶體 3D 晶片之系統效能分析與評估技術，並以可堆疊的記憶體晶片與邏輯晶片電路設

計與整合模擬，藉由邏輯與記憶體 3D 晶片為載具，建立面對背(Face-Back)之 2 層晶片堆疊；於記憶

體平台，初期以 3D 記憶體測試電路設計、信號整合性驗證，之後發展 3D 記憶體電路模組與 TSV Chip

Bus 測試電路設計，記憶體和記憶體堆疊電路設計；最終達成 TSV 製程與堆疊封裝測試組件組(TEG,

Test Element Groups)電路設計與製程驗證；感測器平台初期以開發類比數位轉換器(ADC, Analog to

Digital Converter)-array 晶片堆疊前/後的測試方法，之後發展 3D 互補式金屬氧化物半導體影像感測

器(CIS, CMOS Image Sensor)全晶片整合模擬及製程技術，最後達成 CIS 晶片與 ADC-array 晶片堆

疊前/後的 3D 設計、製程及測試整合與驗證；最終將以 3DIC 技術整合記憶體、處理器及感測器，完

成智慧型手持裝置之異質整合應用。

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資料來源：工研院電光所整理，2011 年 8 月。

圖 2-1-5-1-1 3D 積體電路關鍵技術及應用發展技術發展藍圖

（三）產業效益

現有記憶體、多核心處理器、影像感測器等資訊產品即將面臨技術瓶頸，往 3D 堆疊與封裝產品

技術發展是必然的趨勢。比較 2D 設計及製程開發等歷程，目前投入 3DIC 研發可掌握價值 IP，並針

對整合技術、測試技術等進行全新的布局。由於國內研發單位已掌握製程與封裝部分核心技術，而此

基礎正是推動 3DIC 技術產業化最大的助益。另 3DIC 技術之發展，在設計階段導入 3DIC 的概念，

亦將有助於 3DIC 設計流程的建立，以協助 IC 設計廠商縮短由 2D 轉 3DIC 設計的開發時程。此外台

灣研究機構也引入政府資金並公平催生技術平台與介面標準，並與 3DIC 研發聯盟廠商一起合作研發

建立共通的 TSV 及接合(Bonding)的技術與設計環境，以完成系統整合開發的技術平台。在產品應用

研究上，也希望能藉由台灣研究機構的技術研發協助廠商找出符合國內產業需求之相關應用產品，完

成 3DIC 相關之元件、製造、系統整合與技術、共通設計及驗證平台。台灣半導體產業垂直分工與合

作的獨特優勢，造就 IT 產業最完整的製造與價值鏈，不但有非常多樣化的 IC 半導體產品，更擁有位

居世界第一的晶圓代工及電子構裝產業，及位居第二的動態隨機存取記憶體(DRAM, Dynamic

Random Access Memory)產量及積體電路(IC, Integrated Circuit)設計的產業，這些優勢都將促使台灣

成為推動 3DIC 技術最適合之區域。

目前台灣是 12 吋晶圓廠密度最高的國家。在製程技術< 3x nm 技術節點後，3DIC 被視為能持續

有效增加產品性能、減低功耗、降低成本、縮小體積及整合異質積體電路的核心技術，也是 SoC 技

術發展的延伸，預期將可創造龐大產業效益。由於 3DIC 橫跨半導體材料、IC 設計、晶圓製程、電子

構裝、測試之整合技術，工研院可發揮特有的優勢，結合半導體的上中下游廠商的技術並且大幅提升

產品特性，取代傳統 2D 的傳統觀念。此時開始進入 3DIC 的技術開發，可以結合國內位居世界第一

的半導體與電子構裝的製程技術，開發出超越國際上其他研發聯盟的 3DIC 技術。

根據 IEK 資料指出，2010 年台灣為全球 3DIC 最大的量產國，占全球總產量的 45%，目前以生

產影像感測器、微機電系統與感測器為主。在 2012 年隨著第四代行動通訊系統(4G, 4th Generation

Mobile Telecommunication Standards)通訊技術的應用，手機裡 TSV 技術應用於邏輯和記憶體的整

合將會起飛，預估 2015 年邏輯和記憶體的應用約占 3DIC 總產值近一半，為 3DIC 最主要應用市場，

全球市場規模可達新台幣 1,300 億元，而台灣擁有全球第一的晶圓代工和專業封測產業，記憶體和載

板產業也厚植實力，在全球 3DIC 市場上台灣具備強大的競爭優勢。

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此外，目前相關產業研究報告亦紛紛指出，短期內 3DIC 技術可應用的領域為 DRAM、儲存型快

閃記憶體(NAND Flash)與互補式金屬氧化物半導體影像感測器三大部分。由於 DRAM 及 NAND Flash

的價格持續低迷，導致廠商開發新製程技術或更高容量產品的意願低落，發展 3DIC 技術可使廠商重

複使用現行製程技術，以較低成本持續開發更高容量的新產品。另一方面，普遍認為半導體工業繼續

地擴張仰賴於移動式、消費性與娛樂市場的成長。隨著照相手機及 Webcam 的日趨普及與消費者對

高品質影像的殷切需求，相機模組需要強大的影像信號處理器(ISP, Image Signal Processor)來提供

靜態影像資料的即時處理及美化。在手機尺寸與輕薄化需求的帶動下，廠商必須透過高階的封裝技

術，將 CIS 晶片與 ISP 晶片整合在一起，達到低成本、高效能與小型化的需求。因此本技術將帶動創

新產品發展，並積極發展躍進式技術平台，提升台灣半導體設計與分工製造能力。

二、嵌入式系統軟體平台技術

（一）技術研發目標

在蘋果電腦 iPad 問世後，除了撼動台灣已具備相當優勢的筆記型電腦(Notebook)，同時也改變

了智慧型手機(Smart Phone)市場的格局。以市場趨勢來看，嵌入式消費電子產品已成為下一波資訊

產業的主要發展市場，各國無不積極爭取相關業務，對台灣資通訊產業而言則有相當多的應用與發展

機會。以智慧型手機為例，依據 MobileMix 於 2011 年 4 月分的市場調查的數據顯示，全球智慧型手

機市場的作業系統占有比率依序是 Android (約 53%)、iOS (約 28%)、RIM (約 16%)，其中以 Android

位居智慧型手機市場領導地位，而且市場占有比率愈來愈高，在短期內仍將保持其既有的優勢。資策

會 MIC 預估全球智慧型手機 2013 年出貨量將成長至 3.65 億台，年成長率為 32%，預期至 2014 年

可望達到 6.22 億台的規模。其中 Android 平台預期於 2013 年將以出貨量 1.3 億台與 24%的市占率，

取代 Symbian 而成為全球最大的智慧型行動電話作業系統。開放嵌入式軟體基金會(OESF, Open

Embedded Software Foundation)在行動手機裝置的 Android 作業系統之外，也推動非手機裝置如機

上盒(STB, Set Top Box)，提供嵌入式裝置另一個蓬勃發展的市場區域。

在雲端運算的趨勢下，市場上出現了各式各樣消費電子裝置的新興產品，如電子書閱讀器(eBook

Reader)、行動上網機(MID, Mobile Internet Device)、平板電腦(Tablet)等。由於 Android 作業系統平

台開放的特性，使得全球嵌入式裝置產業廠商，開始積極投入 Android 平台之開發，並開始布局未來

龐大之行動運算市場。面對未來嵌入式裝置多樣化的需求，研發重點在於如何將作業，包括因應

Android 版本快速更改效率，系統迅速地移植到新設計的硬體產品，運用高效率人機介面工具開發具

有特色的產品，同時建立符合未來應用發展趨勢的仲介軟體，提供產品的相關測試，確保產品的穩定

度，提供方便使用、高品質的嵌入式裝置產品。因此在嵌入式裝置的開發上，本技術的研發方向著於

發展強化 Android 平台的多元彈性、快速移植、系統裝置的測試調適、操作介面的人性化與新型超媒

體標籤語言 HTML5 (Hypertext Markup Language 5)服務的應用模式等關鍵項目。期能協助台灣嵌入

式行動裝置廠商能快速開發多樣化嵌入式裝置及調整產品穩定性，並協助利用專利創造台灣裝置產業

的更大價值，提升台灣在嵌入式行動裝置市場上的占有率，開創商機。

（二）技術發展藍圖

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為因應 Android 為台灣資通訊產業所帶來的機會與挑戰，本技術主要分成輕量化嵌入式系統核心

平台、先進人機介面與開發工具技術、行動聯網裝置服務遞送技術系統平台測試與效能分析工具四個

主軸。本技術發展的藍圖是提供快速移植的平台，並將 Android 輕量化以符合不同裝置的需求；同時

提供先進的人機操作介面操作，帶給使用者不同的使用經驗，提升裝置的產品價值；並發展具備未來

性的 HTML 5 技術，以承接及執行 HTML5 應用；而最終則提供完善的測試工具，讓裝置廠商能在短

時間內調校並確保產品的穩定度。以下分述各項的技術發展內容與策略，見圖 2-1-5-2-2 所示。

資料來源：資策會智通所整理，2011 年 8 月。

圖 2-1-5-2-1 嵌入式系統軟體平台技術發展藍圖

在輕量化嵌入式系統核心平台方面，其發展內容為精簡 Android 嵌入式基本核心套件、程式庫與

程式框架(Kernel、Libraries & Framework)系統平台，透過建立系統的共同框架、模組，使得開機速

度加快、執行效能提升，並建立自動化分散式建構系統(Distribution Build System)。未來讓開發、生

產、維護整體過程更加便利化，以帶動嵌入式系統產業價值鏈之健全永續發展。

在先進人機介面與開發工具技術方面，先進人機介面開發技術於 2011 年的研發重點為發展支援

新一代著色器(Shader)的內容編輯工具。基於該程序式特效內容編輯工具發展可分析內容複雜度，提

供設計人員調校內容的分析技術，透過內容分析技術與內容最佳化技術，讓設計人員可針對產品硬體

能力發展適合的內容。同時規劃擴充程序式特效內容編輯工具，使其支援影像及輸入方式能整合編

輯，讓設計人員可以納入更多的媒體與特效以呈現出介面設計的特色。另外，亦朝節能省電的方向發

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展，透過搭配系統底層動態電壓與頻率調節(DVFS, Dynamic Voltage and Frequency Scaling)功能或

是有機發光二極體(OLED, Organic Light-Emitting Diode)面板的特性，藉由動態改變內容複雜度或是

顯示精緻度的方式，降低呈現豐富圖像互動介面的整體耗能。

在行動聯網裝置服務遞送技術方面，因為以後愈來愈多 HTML5 應用發展的趨勢，可將 Web 應

用下載並安裝、執行於本地端的技術，可解決應用跨平台的問題，不必因為 iOS 或 Android 的不同考

慮使用不同的程式語言。本技術發展的內容是開發 WebKit 瀏覽器的外掛模組，增加瀏覽引擎

JavaScript 對於硬體設備的控制能力，同時將 JavaScript 直譯結果暫存(Cache)，做為程式的應用所

需，以節省引擎解譯的時間，去除掉 HTML5 執行速度緩慢的問題，讓執行效率更接近使用者的要求。

在系統平台測試與效能分析工具方面發展內容是建置一套網路架構之自動化測試系統，初期先建

立基礎的相容性測試工具以及搭配視覺化測試技術，接著導入測試系統平台概念，支援多機測試及遠

端測試技術並且將測試單元模組化，以利後需套件開發整合。除已開發完成的相容性以及壓力測試模

組之外，開始針對效能測試模組進行研發，此部分的測試模組將支援更多的使用者操作情境測試案

例，以便獲得更有效的資訊。待測試主體架構完成後整合自動化技術與測試案例，提供最直覺的測試

描述檔建立技術，提供技術人員更有效率的建立測試案例，並減少測試時程。最後針對系統函式進行

剖析提供系統效能及電力細部資訊，協助人員突破研發技術瓶頸。

（三）產業效益

Android 多樣化的開放平台已成為目前嵌入式行動裝置市場的主導者。依照台灣以往在桌上型電

腦、筆記型電腦、個人數位助理(PDA, Personal Digital Assistant)市場發展經驗，台灣可以利用目前

既有的硬體規劃、設計與製造的優勢，配合 Android 開放原始碼的特色，協助國內廠商搶攻 Android

行動裝置市場。除了智慧手機外，亦可將發展領域擴大至行動上網機、平板電腦、電視機上盒、電子

書及其他行動裝置產品上。此外也可強調提升產品的附加價值，以及良好的使用體驗等項目來突顯產

品的差異化，未來將有機會帶動台灣嵌入式產業達到另一個高峰。

在技術上，彈性且輕量化的 Android 核心，可提供國內裝置廠商可快速發展創新性的嵌入式裝置

產品；人機介面則以最新的程序式特效與三維(3D, three dimensional)人機介面開發技術，讓國內廠

商可藉由此技術發展具高度差異化的產品。同時也預先發展可安裝式的 Web 應用(Installable Web

App)平台，朝向 HTML5 跨平台應用開發的趨勢，為未來新興裝置建構完整且前瞻的相關技術組合。

在測試技術方面，由於國內智慧型裝置測試能量仍薄弱，初期主要以協助業界進行先期裝置測試，其

效益在於扶植業者快速的建立測試環境以及縮短測試時程讓產品可以在最短時間內上市。其次透過壓

力及效能測試模組提升產品穩定性以及性能，增加裝置競爭力並協助達成國際規格之要求，最終提供

細部的系統剖析工具，協助開發人員瞭解產品之研發技術瓶頸所在，完成產品最佳化研發。

三、固態儲存關鍵技術開發及系統驗證技術

（一）技術研發目標

隨著生活品質需求的提高，數位科技生活從原本的辦公室數位化也漸漸延伸至日常生活中，帶動

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第二波的家庭數位化。其中隨時隨地可存取的寬頻影像、資料分享及多樣化的網路功能不僅深切的影

響一般人的使用習慣，也直接將數位儲存的需求推向高峰。再者，新興的雲端運算科技，也必須倚賴

強大的數據中心來支援，這又將是另一個數位儲存的強大需求。而以現有技術來看，硬碟仍是應用在

各領域中最主要的數位儲存裝置，但是即使最先進的硬碟技術還是無法充分滿足各種應用端的需求。

相較於硬碟，以儲存型快閃記憶體為核心的固態硬碟(SSD, Solid State Drive)，具有體積小、綜

合性能佳、低耗能等特點，其中快速存取資料的特點可推動即時開啟(Instant-on)的消費性電子產品；

而低耗能的特點更是未來大型數據中心勝出之道。因此業界普遍樂觀看待固態硬碟商機，大致朝大容

量、快速讀寫、使用壽命長、穩定度高與低成本進行。即使如此，現有的固態硬碟技術仍面臨可靠度

不佳(讀寫次數小於 105)及成本較高的缺點。

從固態硬碟產業價值鏈來看，可分為快閃記憶體製造廠商、控制晶片廠商、模組廠商以及硬碟廠

商，台灣在固態硬碟價值鏈分工有三大特性，其一為台灣廠商在快閃記憶體製造無相對應的廠商，整

個快閃記憶體市場主要由韓國的三星、海力士及日本的東芝公司占據約九成的市場，這些廠商所構築

的市場力量與成本優勢，使得國內廠商很難有機會在快閃記憶體市場中立足。其次，台灣控制晶片的

生產是以晶片設計、製造、封裝測試等專業分工方式進行，且國內的晶片設計業者在全球記憶體控制

晶片市場占有超過五成的比重，以全球記憶體控制晶片市場占有率排名來看，台灣晶片設計公司在前

七大排名中即占四家(包括慧榮、擎泰、亮發及群聯)，顯見台灣在控制晶片市場具有相當的競爭力，

以致台灣記憶體控制晶片公司能取得國際大廠的合作，加速擴展在固態硬碟控制晶片市場的版圖。而

台灣的封裝測試業不管在技術水準、營運規模、生產成本及效率方面都居世界的領先地位，能提供給

晶片設計業者充分的支援及服務，成為台灣跨入固態硬碟產業供應鏈的最大助力。

有鑑於此，固態儲存關鍵技術開發的目的除要補足國內在快閃記憶體自有技術之不足，並透過台

灣領先全球的垂直分工供應鏈來開發出國內自有固態硬碟產品。鎖定以新型非揮發性記憶體為核心技

術，如磁性記憶體(MRAM, Magnetoresistive Random Access Memory)與電阻式記憶體(RRAM,

Resistive Random Access Memory)，逐步發展下世代數位儲存裝置所需的各項功能，進一步強化未

來固態硬碟技術的競爭性。在 2011 年分別朝向低成本與高性能兩個應用領域研發，低成本儲存記憶

單元著重於元件尺寸的縮小與微縮可行性研究，以達成高密度並兼具低成本的需求；並持續以改善寫

入抹除循環數(Endurance)及讀取速度的方式來進行高性能緩衝記憶體之開發。2011 年高性能緩衝記

憶體目標為 10 ns (奈秒)存取速度，讀寫次數大於 109；位元面積(Bit Area)小於 8F2。期待能於 2014

年提升高性能緩衝記憶體的目標：10 ns 讀取速度，讀寫次數大於 1012；低成本儲存記憶體：位元面

積小於 3F2，以強化固態硬碟技術的競爭性，發展下世代數位儲存裝置所需的各項功能。

（二）技術發展藍圖

固態儲存技術所研發的項目包括非揮發性記憶體元件技術、電路設計暨系統驗證技術、測試技術

開發。各技術的發展規劃見圖 2-1-5-3-1 所示。

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資料來源：工研院電光所整理，2011 年 8 月。

圖 2-1-5-3-1 固態儲存關鍵技術開發及系統驗證技術發展藍圖

在非揮發性記憶體元件技術，主要以磁性記憶體、電阻式記憶體為二大研發主軸，分別朝向低成

本與高性能兩個應用領域研發，電阻式記憶體元件的發展起初著重在增加可靠度(避免電壓與熱的擾

動)及電阻值均勻度(有利於操作次數與多階操作)，且展現位元尺寸的持續微縮性至 3F2 以達高密度記

憶體應用。在磁性記憶體上則主要著重在元件寫入速度與操作次數的特性提升，將以展現高速(< 10 ns)

與無限次讀寫(> 1012 cycles)為最終目標。

在電路設計與系統驗證技術，著重於開發二種不同應用類別之電阻式記憶體，分別放在嵌入式記

憶體應用(Embedded Memory Application)與獨立式記憶體應用(Stand-alone Memory Application)之

技術開發。在嵌入式記憶體應用上將著重於高性能之電阻式記憶體，其讀寫時間需小於 50 奈秒，並

以目前市面上主流規格 4 Mb 記憶體密度做為測試晶片進行設計，再應用於快取記憶體(Cache

Memory)上，於 2012 年展示高速寫入讀取之能力。而在另一重點則在獨立式記憶體之應用

(Stand-alone Memory Application)，著重低成本之技術開發，將於 2012 年開始開發多階位元(MLC,

Multi-level Cell)寫入讀取晶片技術，以達每單位元件 2 位元的目標，在相同面積下，可有二倍的容量，

以有效降低其位元成本(Bit Cost)。在 2014 年將使用嵌入式電阻式記憶體做為固態硬碟之快取緩衝器

(Cache Buffer)，同時以獨立式電阻式記憶體做為固態硬碟之儲存記憶體，展示可靠度高且成本低之

固態硬碟系統。

在記憶體可測試性設計部分，2011 年將以分析與建立電阻式記憶體與磁性記憶體的錯誤模型為

主。首先將分析單元元件的錯誤行為(Fault Model)，以期建立單位元件的錯誤模型；接著將採用步進

測試法(MARCH)的測試模式來分析所產出的電阻式記憶體與磁性記憶體雛型晶片，除了確認已知的

錯誤模型在此兩種晶片發生的狀況外，也將尋找新的錯誤模型，特別是干擾形式的錯誤模型。在可靠

度分析方面，則以研究單位元件在高寫入抹除循環數下的失效行為，並建立合適之測試平台以縮短元

件的測試寫入抹除循環數的時間。

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（三）產業效益

固態硬碟在高效能、高穩定度、低功耗等技術指標下，相較傳統硬碟已展現明顯的優越性。技術

持續推進下，可望進一步在成本效益指標拉近與傳統硬碟的差距。此外，固態硬碟高品質的展現能夠

取代或加強硬碟在電腦、通訊和消費性電子設備的表現，以提高品質及工作性能。此外，固態硬碟可

能成為許多在惡劣環境如航太電子設備、工業和軍事裝備的應用，以及對可靠度有高度要求的應用如

醫療方面的儲存解決方案。

由於固態硬碟具輕薄、省電、抗震等特性，廠商也非常看好可攜式裝置市場的應用，其潛在市場

商機極為可觀。根據工研院 IEK 預估在 2012 年固態硬碟市場產值將突破 55 億美元，其中以筆記型

電腦所占比重(58.4%)最大，產值約為 32.3 億美元。同時就供應鏈來看，台灣在固態硬碟的供應鏈發

展相當完備，主要是因為以往在動態隨機存取記憶體產業的發展上，已建立了對記憶體產品從製造、

封裝測試、到模組整個完整的運作模式及緊密的合作關係，成為台灣跨入固態硬碟產業供應鏈的最大

助力。

從市場產值來分析，將來台灣若搶占 20%半導體記憶體市場，預估將會有 120 億美元的規模，

在硬碟產值方面，如以 5%市占率為目標，則可創造約 15 億美元的規模；以電腦為例，若能利用非揮

發性記憶體與固態儲存裝置而節省 5%的耗電量，每年全球估計可節省新台幣 360 億元的電費，期能

產出兼具性能與環保的記憶體/儲存技術。

四、光電感測辨識模組與應用技術

（一）技術研發目標

光電感測辨識模組與應用技術主要開發核心技術為不變形雷射光斑取像技術(Image-Invariant

Optical Speckle Capturing Technique)與雙頻段紅外線熱影像模組關鍵技術(Dual-band Infrared

Thermal Image Module)二個方向。

在不變形雷射光斑取像技術部分，包含物面影像重建技術、干涉光學辨識技術與光電系統整合技

術。1.物面影像重建技術，為利用雷射光照射三維物面產生二維不變形光斑影像，由於光斑影像是雷

射光經由三維物面散射，再經過取像裝置所產生繞射與干涉效應得到之二維干涉影像，因此基本上此

二維光斑影像是反應三維物面資訊之干涉訊號。本技術目標為發展大面積(6 mm x 6 mm)三維動態指

紋光斑取像、影像比對、辨識技術以及影像特徵訊號編碼技術，建立高解析度(± 0.3 um)之三維物面

資訊擷取及三維影像重建裝置，可將物件之三維物面所有資訊進一步發展為二維光斑影像之理論圖

形，並與實驗取得之二維光斑影像比對，進而運用到各種實用系統上；2.干涉光學辨識技術，為建立

提升光斑影像品質之光源、光路結構設計、與感測器研製技術，以及大面積光斑取像之陣列式光學透

鏡與辨識等核心技術，配合光電產品以輕薄短小為發展方向，微型化的精密光學元件的製程技術愈顯

重要。故研發此技術，可提升國內業者在微透鏡設計與光學元件的量產製程技術水平，並提升辨識軟

體技術層級，對產業的發展將有所助益；3.光電系統整合技術，為利用光學干涉影像光斑特性的技術，

透過軟、硬體模組整合功能，配合影像重建與物面影像擷取感測辨識技術，設計開發各種前瞻性的應

用產品關鍵技術，評估對防偽系統、精密定位、指紋辨識等應用市場，可提供國內相關廠商對此光電

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整合應用提供開創性的技術，對產業提供相當大的協助，並擴大市場的應用與商機。

在雙頻段紅外線熱影像模組關鍵技術部分，其研發目標為 3~5 µm 及 8~12 µm 雙頻段紅外線熱

影像偵檢器建立在同一片晶片上，達成 320 x 256 陣列畫素的冷卻真空絕熱單元(RDU, Refrigerated

Dewar Unit)雙頻熱像模組雛型量化規格，其雙波段焦平面陣列畫素間距(DBIR FPA Pitch, Dual-Band

InfraRed Focal Plane Array Pitch) ≤ 50 µm x 50 µm、平均雜訊等效溫度差(NEDT, Noise Equivalent

Delta Temperature) < 50 mK @ 65 K。此技術可應用於癌症手術中之紅外線(IR, Infrared Rays)影像

動態定位與監控，輔助醫師進行癌症定位進行外科切除，開發醫學手術紅外線影像監控平台原型，實

際將本技術研發成果協助國內業界建立熱像測試與醫學監控應用技術，並提供醫學中心進行淺層原位

癌症初期評估，提升國內醫療技術品質。

（二）技術發展藍圖

本技術開發進程見圖 2-1-5-4-1 所示。在物面影像重建技術方面，研發重點為三維物面影像擷取

與重建技術、二維理論光斑影像產生與校正，二維光斑影像是反應三維物面資訊之干涉訊號，因為非

常靈敏，且相對距離變化資訊更敏感，可唯一反應三維物面資訊，因此可以有很廣泛的應用。為了建

立正確三維物體表面(高低起伏)資訊以發展整套取像辨識技術，我們需要一套大面積 6 x 6 mm2，高

解析度(± 0.3 um)之三維物面資訊擷取及三維影像重建裝置，有了這套裝置可以確定物件之三維物面

所有資訊，進而發展此物件產生之二維光斑影像之理論圖形，並與實驗取得之二維光斑影像比對以建

立所有理論、實驗關鍵技術進而發展三維指紋辨識系統與各種實驗系統。

在干涉光學辨識技術方面，研發重點為大面積不變形光斑取像與辨識、大面積不變形光斑影像特

徵訊號處理技術，建立提升光斑影像品質之光源、光路結構設計、與感測器研製技術，以及大面積光

斑取像之陣列式光學透鏡與辨識等核心技術。國內光電與資訊產業發展快速，無論靜態或動態影像辨

識技術已應用於各類光學影像產品上，例如數位相機、監控系統等。但雷射光斑干涉影像的產生與雷

射光源、物體表面、光學系統的光路結構設計、感測元件等特性有關，因此針對雷射光斑影像特徵的

訊號處理與比對技術，必須研發相關辨識理論，以達到系統要求的精度，尤其是發展大面積雷射光斑

影像特徵訊號處理與比對技術，更是複雜。由於雷射光斑經適當的光學鏡頭取像設計，具有不變形特

性，可應用於影像識別與精密定位等。因此，干涉光學辨識技術初期將與國內光學廠或學術單位合作，

開發動態影像搜尋演算法則，再依據物面結構特徵進行編碼、辨識與比對，並調整參數使系統有更好

的穩定性，再逐步提升至大面積雷射光斑影像辨識與比對技術。

在光電系統整合技術，以雷射滑鼠為例，本技術開發之不變形光斑取像技術允許物面最高移動速

度達 2 m/sec，遠比一般滑鼠規格 50~60 cm/sec 或專業級滑鼠規格 110 cm/sec(安捷倫產品規格)都

來得高，其性能優於巿場上國外大廠之雷射滑鼠。由於雷射光斑圖形可直接反映物面之三維特徵，因

此能重複、精準辨識雷射光斑圖形等於對三維物面做精準檢測及定位，研發大面積干涉光學圖形取像

裝置微型化，高精密度干涉光學取像裝置，藉由光電系統整合技術，開發機械精密光電感測器與高精

密度定位系統。提供現有除光學尺、編碼器精密定位、電荷耦合元件(CCD, Charge Coupled Device)

定位裝置外，另一感測精密位置裝置，強化光電整合競爭力，促進跨業合作。

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雙頻段紅外線熱影像模組關鍵技術，研發重點為結合量子點與量子井半導體結構磊晶設計與磊晶

驗證、單一元件與焦平面陣列元件製程、320 x 256 雙頻段焦平面陣列紅外線熱像機組裝與檢測等技

術。以產學研跨單位合作策略，結合三方產品製造、理論驗證與工程技術互補優勢，將模組化及次系

統整合設計概念納入本技術發展歷程，由合作廠商早期介入之開發策略，規劃開發不同規格的功能熱

影像模組，提升國內高利基熱像產品應用價值；並評估國外現有類似熱像模組產品，破除其高技術門

檻與專利技術障礙，協助國內廠商切入此技術領域，區隔產品應用範圍以提升產品價值，以降低商品

化風險。

資料來源：中科院材料暨光電研究所整理，2011 年 8 月。

圖 2-1-5-4-1 光電感測辨識模組與應用技術發展藍圖

（三）產業效益

光電感測辨識模組與應用技術兼具發光元件、感測器模組、控制模組及軟體技術，將可在光電收

發元件、光電顯像、光電系統整合等產業提供相關核心技術，協助業者開發消費性民生系統的相關應

用市場。

現今電腦、通訊與消費性電子產品(3C, Computer、Communication、Consumer Electronics)產

業朝向功能多元化結合，如何得到可靠度、鑑別度皆高又無法被仿冒或複製之身分識別器，變成個人

終端機網路系統可否成功最重要關鍵產品之一。本技術開發之三維指紋身分識別器很有潛力可滿足未

來身分識別系統需求。光電感測辨識模組結合了光學、雷射、感測、系統組測等光電技術，可識別至

微米級的特徵影像圖案，配合開發精密圖形比對與防偽特徵提供一種定位、辨識的偵測技術。而主動

式偵測辨識三維物面技術之建立，除可做為身分識別、指紋辨識偵測外，也可應用在工業系統檢測及

加工機具需求上。

在不變形雷射光斑取像關鍵技術主軸上，藉由物面影像重建技術與干涉光學辨識技術的研發突

破，再由光電系統整合技術透過軟、硬體模組整合功能，設計開發出各種前瞻性的應用產品關鍵技術，

評估對門禁系統、精密定位、身分識別、指紋辨識等應用市場，皆可提供國內相關廠商對此光電整合

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應用提供開創性的技術。推廣初期將與國內光學廠合作，以提供雷射光斑讀取裝置為主，再逐步提升

在各項開創性的應用市場的占有率，包含精密定位器、三維指紋辨識。開發產品如雷射滑鼠、多功能

鍵盤、筆記型電腦之手指導覽器、手指觸控遊戲搖桿等，可精進國內消費性電子產業的技術層次，同

時針對機械加工機之精密自動定位等產品開發，利用光斑定位技術可提升定位精度取代進口市場，開

發更多創新的應用，創造更大的經濟效益，合計產值預估可超過新台幣 200 億元。

雙頻段紅外線熱影像模組關鍵技術主軸上，結合國內磊晶廠與影像電路公司進行策略合作，設計

開發高階前瞻性的應用產品雛型，提供國內相關廠商對此光電整合應用關鍵技術，擴大熱影像市場商

機，採取較高技術障礙應用區隔的藍海策略，提高產品附加價值；吸引相關晶片設計業者投入開發此

特用晶片，降低其開發成本；導入應用於初期乳房血管異常增生檢測、癌症早期診斷、半導體晶片即

時偵錯系統、半導體晶片動態品質監控平台，紅外線搜索與追蹤(IRST, InfraRed Search and Track)

等系統，五年內預估可創造新台幣 5 億元以上之產值。

台灣光學產品多屬代工層級，藉由重點技術的開發，建立自主性光電元件、模組與系統，有機會

成為下階段提升國家競爭力的項目之一。

五、行動智慧系統電子材料及應用技術

（一）技術研發目標

從行動智慧系統之未來應用需求，開發具有高寬頻雜訊抑制之功能內藏基板(亦稱功能性基板

(Functional Substrate))、高密度熱管理材料及新穎印製電子(Printed Electronics)材料，涵蓋製程及載

具驗證，此技術之開發可強化台灣相關系統產品關鍵材料與元件之國際競爭力，並協助開拓印製電子

材料新興市場。在關鍵材料技術開發上，除了依據行動智慧電子系統產品之發展趨勢及功能需求外，

另將融入節能省電的環保概念，透過材料技術突破，促成多功能整合系統級封裝(SiP, System in

Package)技術之實現，將大幅減少零組件之用量，以減少生產耗能及耗材，並帶來電子產品使用時之

實質節能效益。另透過新印製電子材料之開發，逐步滿足多元應用、功能提升、彈性製程及環境相容

之諸多需求，使得電子材料與元件發展充滿更多創新發展空間與新市場機會。

輕薄的智慧型手持裝置搭配上網功能，是近年來消費性電子的主流趨勢。以小型筆記型電腦及其

他行動上網裝置(MID, Mobile Internet Device)而言，產品功能雖立基於傳統 PC，但衍生出多樣化面

貌，成為支撐 PC 產業成長的重要動力。根據 Nokia 及 Intel 的研究指出行動智慧電子產品外觀將持

續輕薄短小，強調多功能整合之系統級封裝技術逐漸成為未來發展主軸。隨著行動電子產品功能日趨

複雜，所採用的晶片元件愈來愈多，晶片構裝開始朝向以印刷電路板(PCB, Printed Circuit Board)為

整合平台之方向演進。可預期新世代 IC 基板及高密度電路板產業將面臨元件內埋、高頻雜訊抑制及

多功能整合之需求。因此，透過新材料開發將可引導台灣電路板產業朝向高值化方向發展，並逐步建

立更完整及具競爭力的關鍵材料產業，如此將能協助提升台灣電子產業相關行動智慧產品之國際競爭

力。

滿足多元應用及彈性製造之印製電子材料，可廣泛應用於照明、顯示器、民生電子製品、可拋式

醫用耗材、智慧型包裝(Smart Packaging)、智慧型標籤(Smart Label)等各種產品。目前印製電子市

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場之發展仍處於萌芽期，相關技術之應用開發及產品方向仍未明朗，主要技術瓶頸在印製電子材料之

可靠性及其製程相容性之突破。檢視台灣相關之研發投入，在印製型被動元件材料開發上，宜先從周

邊材料研發做起，尤其是產品組裝段之相關印製被動元件及導體材料，再切入可撓式功能基板及主動

元件等相關材料，並結合台灣目前之優勢產業，如太陽能電池(Solar Cell)、顯示器及電路板產業共同

推動，將有機會開拓嶄新之應用領域。同時可帶動上游、電子零組件及印刷產品附加價值提升，預期

將可引導國內業者進入新事業領域，加速傳統電子產業之轉型與躍進。在技術開發上分為系統整合與

材料技術及印製電子材料技術二大方向，描述如下。

在系統整合與材料技術方面，台灣構裝產業規模為全球第一，但整體產業結構重點依然侷限在製

造及終端應用上，對於先端的高階材料及關鍵零組件較缺乏，以致於雖擁有大規模的產業生產體系，

卻在獲利上不如預期。2011 年東日本大震災引發台灣電子關鍵材料斷鏈疑慮，高階材料與零組件出

現短期供貨吃緊，企業將面臨尋找替代材料的考驗，有可能催生台灣二線材料廠商的崛起，進而影響

全球產業版圖分配。因此如何加速推動關鍵材料以滿足未來先進 IC 基板之功能及應用需求，強化台

灣構裝產業之長遠競爭力，將是一個重要課題。目前相關材料技術，在全球之發展上仍居於萌芽期，

必須積極投入研發以搶占市場先機。

電子材料之發展主軸強調高速度、高功能、高容量、積體化、模組化、微型化等多方向，規劃發

展上以創新之下世代功能性基板技術、內藏大容值去耦合電容(Decoupling Capacitor)、內藏射頻主被

動元件、內藏靜電防護材料、高速寬頻低阻抗結構設計與超細線基板材料製程技術，結合堆疊連結等

製程，進行下世代 IC 載板技術開發與整合，期能開發出相容於傳統製程機台之奈米材料，帶動國內

電子系統封裝產業，進入另一波產業高峰。在執行上強化推動以功能性基板為平台之專利、技術權授

及技術移轉，布局關鍵原材料專利、功能性基板電性結構及堆疊連結專利，形成完整專利群組布局，

提供國內產業之智慧財產權(IPR, Intellectual Property Rights)保護並提升國際競爭力。

在印製電子材料技術方面，目前印製電子市場之發展仍處於萌芽期，相關技術之應用開發仍待突

破，雖然大家仍期許便利化電子應用為未來最大之市場，能廣泛應用於食品、醫療產業及新興服務業

等，但現實與理想仍存在極大之差距。檢視台灣相關之研發投入，在印製型被動元件材料開發上，與

國際一流材料供應商之研發方向及進展大致相同，雖然台灣業者受限於公司規模，研發能量有限，但

產業分工體系完整建立，將有機會開拓嶄新之應用領域，促使印製電子新商業模式之開發，同時可帶

動上游、電子零組件及印刷產品附加價值之提升，進而和感測器整合，達到泛網環境應用及相容需求，

預期將可引導國內業者進入新興事業領域及創造相關產業價值。

現階段國際上由於欠缺低溫製程的機能化材料，而阻礙此應用市場及產品的發展腳步。因此，透

過關鍵性的材料開發與快速印刷製程整合，包含開發低溫製程之高性能銀/銅及替代銦錫氧化物之其他

透明導電氧化物(TCO, Transparant Conductive Oxide)導電奈米油墨、低耗電微型感測材料、可撓薄

型電能轉換材料、油墨與基板之介面匹配和整合封裝技術，並透過新環保材料以減量及低溫製程為手

段，發展行動智慧系統高功能整合關鍵材料，進而開發高性能薄型感測模組整合關鍵技術，加速傳統

電子產業轉型與及國內積體化元件與模組市場之大幅成長，並強化系統應用產品之創新性及競爭力。

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（二）技術發展藍圖

電子產品未來在綠色環保及低耗能等議題上，因必需符合產業日趨嚴格之標準法規及系統功能需

求，使得電子材料的競爭愈形激烈。技術發展藍圖見圖 2-1-5-5-1 所示。

在系統整合與材料技術上，隨著行動電子產品對外觀需求日亦強調薄型化風潮之帶動下，使得晶

片或被動元件內埋於基板的技術(C > 200 nF/cm2)成為重要可行方案，因此開發符合環保規範之新基

板材料，以提供整合主被動元件、散熱需求(熱電(Thermoelectricity)模組效率 COP > 1.5)、及系統保

護等諸多功能。在印製電子材料上，主要技術瓶頸在材料可靠性及製程相容性之突破。因此本技術藍

圖之規劃，以國內較成熟之應用市場-太陽能電池、觸控面板及發光二極體(LED, Light Emitting Diodes)

照明等應用，進行低溫印製導體技術之開發(製程溫度< 150℃)，並逐年提升印製銅導體之比重。在行

動智慧系統應用上則以開發新世代透明電極材料(片電阻< 50 Ω/□)及低能耗之氣體感測材料(< 50

mW)及應用進行逐年之技術規劃。

資料來源：工研院材化所，2011 年 8 月。

圖 2-1-5-5-1 行動智慧系統電子材料及應用技術發展藍圖

（三）產業效益

近年來智慧型手機(Smart Phone)快速的演化，同時也改變人與人之間溝通型態，智慧型手機的

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需求趨向攜帶方便、體積越小、厚度愈薄，使得手機電路板可以容身的位置愈來愈小，為了可容納所

有 IC 元件，則需採用最高階的高密度電路板。同時，為滿足智慧型手機多功能的需求，也持續加入

了許多模組，但是在有限的空間當中配置了所有模組之後，還需要藉由軟板來做模組與手機電路板間

的訊號連結。可預見未來印刷電路板的技術將會不斷進步，以滿足智慧型手機具備輕、薄、整合多功

能的需求。

為了因應行動智慧電子產品發展之趨勢，在系統整合與材料技術方面，將開發關鍵材料技術發展

SiP 功能性基板(高階印刷電路板)及微連結技術，整合系統設計、製程與材料進行載具之驗證，並配

合產業協會推動研發聯盟，進行專利授權與技術移轉。在技術發展上需建構電子材料技術創新平台，

引領突破型材料技術之產生，且可結合新一代便利型電子產品，創造產品技術之差異化優勢，以開創

新興產品市場契機。此新興功能基板材料之發展將能滿足下世代電子產品之需求，並引領國內 IC 基

板產業邁入複合功能技術領域，預期 2015 年達到年產值約新台幣 600 億元。更藉助國內設備業者之

合作促成相關周邊技術及設備之開發，並達成建立量產製程技術及相關商品化技術之目的，帶動台灣

3C 產業之蓬勃發展，促使台灣成為先進構裝研發中心及 3D-SiP 基板研發中心。

便利性電子在使用上須滿足貼身、舒適之人性需求，因此在材料及零組件特性上，將更強調可撓

性、多功能、智慧化、製程多元化及環境相容性，因此節能環保之印製電子技術成為國際上重要發展

方向。相關技術之發展除了受到材料特性之影響外，製程設備之極限能力亦是重要之關鍵。在印製電

子材料技術之開發上，朝環保永續之方向，以減量、減料及低溫製程為手段，同步整合開發材料本身

與材料之間介面可靠度的議題外，並尋求結合國內製程設備廠商之合作，以克服解決整體產業之技術

瓶頸，有助於縮短研發時程與快速切入產業價值鏈。預期印製電子及感測材料之開發，將可引導國內

業者進入新事業領域，加速傳統電子產業之轉型與躍進。相關新興材料之全球技術發展狀況除了部分

已商品化之印製導體及軟性基板材料外，其他主動元件關鍵材料仍處於實驗室開發階段，預期 2015

年間逐步進入商業化生產初期將可協助傳統產業開拓利基市場及轉型，加速台灣電子產業取得新世代

產品之優勢地位。

根據 IEK 及 ID TechEX 之市場及技術分析，2010 年全球印製電子市場規模約 3.7 億美元，在市

場逐步擴展的狀態下，預期 2015 年將可達到 51.6 億美元的規模，平均年成長率達 71%，其中以基

板、印製導體及半導體材料為主力市場。雖然台灣在基板產業發展上已有相當之基礎，但在其他印製

電子材料之技術發展上起步較國際慢，因此將從需求量較大、技術門檻較低之印製導體市場切入，目

前國內已有廠商投入太陽能電池印製鋁膠及銀膠生產，2011 年約有新台幣 40 億元產值，預期台灣新

興印製導體材料伴隨著軟性顯示器(Flexible Display)、太陽能電池、觸控面板市場之成長，2015 年可

達 150 億元產值。初期建立的低溫材料與高可靠度整合技術，亦可透過與不同產業的應用產品結合，

產生技術擴散，如衍生應用於節能智慧窗，太陽能電池，或高亮度 LED 導電接著材料等，將可協助

國內業界快速進入此新興市場並建構自主關鍵材料產業。

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參考文獻

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