SEMICON Taiwan 2025：異質整合時代來臨 - 材料，成為半導體新核心

隨著 AI、HPC、5G 與自駕車應用加速滲透，晶片設計已從單一晶圓邏輯演進至「系統級封裝」（System-in-Package, SiP）的異質整合時代。
在 SEMICON Taiwan 2025 的技術主軸中，矽光子（Silicon Photonics）與3D IC 堆疊再度成為焦點，展區中大部分的廠商都圍繞此主題提供各種不同的解決方案。這不僅是設計架構的創新，更是一場「材料戰爭」：封裝材料的介電常數(Dk)、介電損耗(Df)、熱膨脹係數（CTE）、光學折射率(Refrective Index)與可靠性，已直接決定了整體系統效能與生產良率。

對台灣而言，異質整合的競爭關鍵不再僅是設備與代工技術，而是能否在高性能材料上建立自主與供應安全，環球晶董事長徐秀蘭女士亦提到:「未來的卡點，可能不再只是製程，而是關鍵材料。」，以下我們針對幾個展場上的重點，提出與您分享。

 

 

一、異質整合的技術拐點：從電連接到光互連

傳統封裝以「電氣互連」為核心，但在晶片間資料傳輸速度持續突破 100G/400G 後，訊號損耗、串擾與延遲問題浮現。
因此矽光子（Silicon Photonics, SiPh）成為下一階段的解方——以光波導取代電線，實現低延遲與低功耗的高速傳輸。

然而，矽光子模組的封裝挑戰也隨之而來：

• 光波導層需具備高低折差設計（High-Low Refractive Index Contrast）；
• 光纖與晶片間的耦合界面需光學透明且熱穩定的樹脂材料；
• 模組封裝材料需兼具低吸濕、高透光與低應力特性。

在這裡，矽樹脂與壓克力樹脂扮演關鍵角色。
高折射矽樹脂（n≈1.52–1.55）可用於核心層（core layer），而低折射壓克力（n≈1.40–1.43）則適合包覆層（cladding layer），形成穩定的光導結構。
同時，透過中空二氧化矽（Hollow Silica）或氟改質奈米粒子的摻入，可進一步降低折射率與介電常數（Dk < 2.5），滿足高速光互連對低延遲與低耗能的要求。

 

二、3D IC 與熱管理材料的臨界挑戰

3D IC 採「垂直堆疊」方式整合邏輯晶片、記憶體與模組元件，透過 TSV（Through-Silicon Via）與微凸塊連接不同晶圓。
這種高密度封裝雖能提升運算效率，但也帶來嚴峻的熱傳導與應力控制挑戰。

傳統環氧樹脂雖具良好黏著力與電氣絕緣性，但在高功率、高溫環境下易產生熱疲勞與介電劣化。
因此，材料設計逐漸朝向：

• 低CTE、高導熱、低介電損耗（Df）方向演進；
• 填料複合化與結構微調成為主要策略。

舉例來說：

• 氮化硼（BN）：具高導熱（>40 W/m·K）、電絕緣與低介電特性，可作為封裝樹脂或介電層的導熱填料；
• 碳化矽（SiC）：可強化機械剛性並抑制熱應力變形；
• 球形二氧化矽：降低介電常數、改善流動性與尺寸穩定性。

這些材料與環氧、矽、壓克力樹脂的相容性，取決於表面處理與分散技術。
透過精選分散劑與流平劑，可確保奈米級填料均勻分布於基體中，形成高可靠性界面，避免氣泡、孔隙與內部應力集中的問題。

三、低介電材料：高速運算與訊號完整性的關鍵

無論是矽光子模組或 3D IC 介電層，低介電常數（Low Dk）與低損耗（Low Df）已成為主流方向。
在高速資料傳輸下，每降低 0.1 的 Dk 值，都可能換來顯著的訊號延遲改善與功耗下降。

因此，近年材料研發聚焦於：

1. 中空二氧化矽（Hollow Silica Sphere）或有機改質SiO₂：在維持機械強度的同時降低介電常數及介電損耗；
2. 氟化樹脂或氟改質壓克力：以 C–F 鍵取代 C–H 結構，降低極化損耗；
3. 混相設計（Hybrid Resin System）：結合環氧的結構強度與矽樹脂的低介電特性，達到 Dk<2.8 的平衡方案。

這些材料不僅應用於封裝介電層，也延伸至光電共封裝（Co-Packaged Optics, CPO）及矽光子模組的 Underfill、Adhesive、Cladding等多層結構中。

四、材料自主化：從供應鏈風險到戰略資產

SEMICON 2025 的另一個重要關鍵字是「材料自主化（Material Sovereignty）」。
AI 與先進封裝時代，晶圓代工與OSAT廠已深刻認知：材料掌握力就是國家製造競爭力。

過去高性能封裝樹脂、填料與添加劑多依賴國外廠商供應，但近年國際局勢與出口管制趨嚴，促使台灣廠商加速建立「在地配方開發與原料整合能力」。

以我們為例，公隆集團長期耕耘電子材料領域，與歐美日韓多家原廠合作，提供完整的：

• 環氧、矽、壓克力及其它特用樹脂：對應光學透明、低應力、耐溫、高電性要求應用；
• 二氧化鈦、二氧化矽、氮化硼、碳化矽、中空二氧化矽、氧化鋁等填料：對應高導熱高低介電、與高低折射等需求；
• 分散劑、流平劑、消泡劑等功能添加劑：解決客戶配方問題並優化。

透過跨材料組合的整合式解決方案，我們不僅提供材料，更協助客戶以材料工程視角解決封裝層級的挑戰，提升從試產到量產的一致性，並與我們的材料夥伴維持良好關係，確保供貨的穩定性。

五、結語：從材料創新驅動未來異質整合生態

SEMICON Taiwan 2025 展示的不僅是設備與製程，更是整個半導體生態的「材料覺醒」。
從晶片設計、封裝架構、光電整合到系統散熱，每一次性能突破的背後，都有材料工程的跨越。

當矽光子與 3D IC 逐步邁向量產化，材料供應鏈也正迎來升級契機。
能同時滿足「低介電 × 高導熱 × 高可靠 × 光學穩定」的材料平台，將是推動異質整合落地的基石。

未來，我們將持續與客戶及研發單位協作，透過樹脂＋填料＋添加劑三大模組整合，開發更具競爭力的材料配方，協助台灣在全球半導體材料舞台上，從「製造強國」邁向「材料強國」



#SEMICON Taiwan #負CTE #負熱膨脹 #NTE #抗翹曲 #低介電常數 #低介電損耗 #矽光子 #異質整合 #3D IC堆疊 #材料自主 #低折射 #高折射