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科技部REAL計畫效益成「真」 助威半導體搶攻30億產值--突破高階晶片封裝瓶頸 打造精準神經調控醫材

日期:108年7月3日

發稿單位:產學及園區業務司

聯絡人:陳怡婷

電話:02-2737-7280

  E-mail:yitchen@most.gov.tw

匯集半導體產學研發能量   布局前瞻技術與高階人才

半導體是全球高科技競爭核心,面對第四次工業革命、人工智慧、大數據、物聯網等科技浪潮,我國在產業前瞻技術研究需擴大投入,更須儲備博士級高階研發人才。為積極回應產業界與學術界的需求,科技部自106年度起推動「產學研發聯盟合作計畫」(Academia-Industry Research Alliance Project,簡稱REAL計畫),串聯國內半導體領域產業界及學術界之頂尖能量,在前瞻技術研究與高階研發人才培育上進行布局,實踐「小國大戰略」理念,期能在全球半導體產業競爭中贏得先機。

科技部許有進政務次長表示,儘管我國半導體產業位居全球領先地位,面對當前國際貿易、產業發展局勢變動與競爭對手躍進,加快腳步刻不容緩。今(3)日記者會發表的兩項前瞻技術成果即是產官學聯手合作的重要實績,顯示REAL計畫的推動已成功帶動我國半導體領域產學各界研發能量。

REAL計畫自106年起開始推動,由產業協會確認內容屬產業等級前瞻技術研發後,才向科技部提出申請,目前已有六家推薦機構協助科技部為計畫申請案前瞻性做雙重把關,以推動產學桂冠計畫模式的臺灣半導體產學研發聯盟(TIARA)為主。累計補助IC設計、製造、封測領域前瞻技術研究計畫共56件,補助經費超過1億1,600萬元,支持國內8所大學與聯發科、台積電、聯電、鈺創等大廠,生奕科技等新創公司共超過30家企業,業界投入經費也已達到1億6,321萬元,另業界衍生投入產品評估、原型試製等項目合計約7,312萬元,產業累計投入超過2億3,000萬元。相當於科技部每投入1塊錢經費,即吸引業界投入約2塊錢進行研發。

REAL計畫累計培育博士生124人次,皆為我國半導體領域培植之明日之星。每位參與計畫的博士生每月可獲科技部及業界出資至少3萬元獎助,若再搭配「科技部鼓勵企業參與培育博士研究生試辦方案」,獎助額度可提高至每月5萬元以上。目前前瞻技術研發衍生技術移轉與產學合作案超過4,508萬元,未來可帶動產值超過30億元,計畫成果同時也在國際半導體展(SEMICON TAIWAN)、台北國際電腦展(COMPUTEX TAIPEI)等重要展會露出並獲得肯定,前景可期!

奈米雙晶銅導線技術開發  助力突破高階晶片封裝瓶頸

交通大學材料科學與工程學系所陳智教授研究團隊開發的奈米雙晶銅導線及電鍍製程技術,目前已成功電鍍出線寬2微米(μm)以下的奈米雙晶銅線,此一研究成果可望解決用於晶圓級封裝技術(Wafer Level Packaging)中小於2微米之銅導線因熱應力斷裂的問題,改善細線寬封裝銅導線加熱後韌性降低以致斷裂的關鍵缺失。

陳智教授團隊與添鴻科技合作開發的奈米雙晶銅電鍍添加劑已成功控制電鍍銅膜/線之微結構,在晶圓製造高階應用上極具潛力,產品於2018年國際半導體展亮相,顯示憑藉奈米雙晶銅添加劑的開發,已成功協助我國半導體廠商優先建立次世代封裝技術優勢。IC設計大廠聯發科加入合作,目標即是突破高效能晶片封裝瓶頸。

微型無線生醫診療單晶片  實現精準神經調控創新醫材

清華大學電子工程研究所陳新教授團隊成功將多通道的神經活動紀錄、神經刺激及無線資料與電力傳輸等功能整合成領先全球的單一微型化晶片系統。透過植入式神經界面晶片系統和體外無線診療控制器,能有效降低電極植入腦深層之手術困難度和風險,體外控制器可自動學習判讀腦部異常的神經活動,以達到個人化、精準的腦神經調控。

陳新教授團隊與生奕科技合作開發「生訊儀」(NeuLive)智慧型無線神經調控器,亦解決過去儀器龐大、線路複雜與人員操作干擾等問題,獲2019年「台北國際電腦展創新設計獎」(COMPUTEX d&i awards)特別獎肯定,未來將應用在帕金森氏症、阿茲海默症等醫學研究。此計畫在聯電先進製程技術支持下,希望能進一步模組化至量產,為我國單晶片技術發展方向指引未來。

進擊未來:力挺產學合作,擴大明日世界的半導體領先優勢

在明日世界的半導體產業競爭態勢中保持領先優勢,需要集結眾人之力積極投入與不懈努力。為加速前瞻技術研究成果轉化為創新產品,儲備未來研發領導人才,科技部將持續推動產學研發聯盟合作計畫,力促產業界與學術界緊密合作,掌握致勝技術與人才先機,共同擴大我國半導體領先優勢!

 

研究成果聯絡人

陳智 教授 國立交通大學 材料科學與工程學系
電話:03-5731814    Email:chih@mail.nctu.edu.tw

陳新 教授 國立清華大學 電子工程研究所
電話:03-5162221    Email:hchen@ee.nthu.edu.tw

附件一:陳智教授/國立交通大學材料科學與工程學系 案例介紹

前瞻次世代人工智慧晶片封裝需求 加速奈米雙晶銅應用技術開發

    為回應下一代人工智慧電子與行動裝置產品「高效能、輕薄、多晶片化」的趨勢,國立交通大學材料科學與工程學系所陳智教授團隊,針對在晶圓級封裝技術(Wafer Level Packaging)過程能夠突破銅熱穩定性不佳,加熱後韌性降低的問題,研發出「奈米雙晶銅」導線。過去搭配越來越細銅導線(小於2微米),熱應力會使封裝銅導線斷裂,導致高效能晶片封裝上遇到很大的挑戰。

由於新一代高效能計算晶片的大小,從行動裝置邊長約1至2公分,擴增至人工智慧晶片約7公分,大幅增加在晶片製作過程當中的熱應力,在加上晶片封裝的過程會需要加熱到230°C 1-3小時,一般的銅線在這樣的溫度下就會有晶粒成長,造成強度下降的問題。電鍍銅線在晶片製作過程當中的穩定性與韌性變得特別重要。奈米雙晶銅的的優勢: 能夠耐溫到250°C 3小時,而且它的韌性加熱後還會增加兩倍。

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

另外,就高效能計算晶片使用上,常需施加大電流,造成銅導線的電遷移破壞,因此提升導線的抗電遷移能力也是個重要議題。陳智教授表示:「奈米雙晶銅的電遷移壽命是一般銅的4-10倍」,透過在電鍍過程中產生很多奈米雙晶,有效提升導線與晶片的使用壽命。

目前陳智教授計劃團隊已與添鴻科技共同合作,開發出各式的奈米雙晶銅電鍍添加劑,成功控制電鍍銅膜/線的微結構,產品已於2018年Semicon Taiwan展出。與此同時,攜手我國人工智慧/手機晶圓設計大廠聯發科技合作,期望運用此技術在高效能計算晶片封裝上,解決下一世代晶片封裝銅導線會遇到的瓶頸。此產品不僅協助我國廠商進入IC供應鏈中,成為重要電鍍添加劑的供應商,同時透過優化晶圓級封裝技術,將有助於增強我國在高效能計算晶片及手機晶片的競爭力,維持半導體產業封裝的世界第一。

 

 

 

附件二:陳新教授/國立清華大學電子工程研究所 案例介紹

劍指腦神經疾病精準醫療痛點 打造微型無線生醫診療晶片系統

    電子資訊科技已逐漸被運用於改善許多神經疾病治療,清華大學電子所陳新教授團隊整合生命科學、電機工程、材料等跨領域專家與學生,研發微型、無線腦神經診療晶片與控制系統,其可透過腦外科手術,將晶片埋藏在頭皮下,並連結植入腦部特定位置的微電極,來對腦進行深層刺激(Deep brain stimulation, DBS),晶片的控制系統可自動學習判讀腦部異常的神經活動,調整刺激大小、頻率等,以達到個人化、精準的腦神經調控,並減低深腦電刺激的副作用。此創新醫材研發,預期可改善帕金森氏症的治療,未來更可應用於失智症、憂鬱症、止痛等神經疾病醫療。

    陳新教授表示,目前臨床使用的深腦電刺激器缺乏紀錄功能,因此無法達到個人化電刺激的調控,而刺激器體積大,也使植入時的手術耗時且過於侵入,刺激器需由電池供電,當電池到達使用年限時,更換電池亦將造成病患須承受第二次的侵入性的植入開刀手術,使病人風險加倍。

為了減低植入風險,陳新教授團隊致力整合及縮小晶片體積,將多通道的神經紀錄、神經刺激、以及無線電力與資料傳輸功能整合成單一微型化晶片系統,並以分離式後端系統架構,將電源與訊號控制器改置於體外,以大幅簡化手術。同時透過體外診療控制器即時執行人工智慧演算法,自動學習判讀腦神經活動,可於前144毫秒訊號中預測未來500毫秒之神經訊號,進一步在腦波發生異常時完成病態訊號自動偵測並觸發刺激以調節刺激訊號,達到個人化精準醫療,降低傳統刺激器持續固定刺激的副作用。神經活動的紀錄,亦可無線傳輸至雲端服務平台,收集大數據,以增進醫療品質並提供病患更好的照顧。此核心晶片與技術除了以植入式醫材應用於腦神經疾病的調控,未來亦可應用於穿戴式生理檢測及低週波電療等健康照護醫材發展。

陳新教授指出,我國已步入高齡化社會,此研究以創新技術發展個人化腦神經疾病的精準醫療,可望提供帕金森氏症治療新方式,更能節省醫療成本。我國半導體產業長期為科技先驅、經濟發展重點項目,期盼此研究能引領研發全球領先的單晶片技術,促成台灣產業多元發展,協助我國電子業從消費性電子產品轉型成生醫等高利潤的產品研發。

更新日期 : 2019/07/05