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半導體,下一個劇本: 領先一奈米就領先全世界,文科生也能秒懂,入門變內行,股票投資買對上下游標的。

半導體,下一個劇本: 領先一奈米就領先全世界,文科生也能秒懂,入門變內行,股票投資買對上下游標的。

반도체, 넥스트 시나리오:미래는 어떤 모습으로 다가오는가

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明細
 

內容簡介

  ◎封裝是半導體產業中的低科技?錯,封裝是鋼鐵人動力服,是業者決勝關鍵。
  ◎為什麼手機越來越小,功能卻能變強?因為「微縮」技術,台積電全球最強。
  ◎石墨烯為何被稱為「神之材料」?未來可以用在半導體上嗎?
  ◎哪家企業左右全球半導體市場?台積電還是三星?其實是設備大廠艾司摩爾。
 
  本書作者權順鎔,韓國生產技術研究院的半導體與封裝材料研究員。
  同時經營YouTube「SOD」科學頻道,訂閱者近60萬人。
  
  他最厲害之處,就是能用生活實例,
  解釋這個左右全球經濟命脈、但又小到你根本看不見的半導體。
  
  像是多數人聽來都霧煞煞的半導體八大製程,他就用刻雕像來比喻:
  先準備一大塊四方形的大理石(晶圓製程),然後在表面上塗料(氧化製程),
  再用雕刻刀與槌子(氟化氫)刻出大致的形狀。
  過程中你可能會刻錯,所以需要準備尺(光罩)等工具來輔助,
  最後再細細的修出線條(微影製成)……。
 
  他還用蓋房子、接水管,來比喻半導體目前遇到的物理限制,
  用切披薩的原理來描述產能,用《航海王》的故事來比喻怪物晶片,
  再搭配簡單易懂的圖解,文科生看了秒懂,股票族能聽懂產業分析,
  買對上下游投資標的。
 
  ◎半導體,領先一奈米就領先世界
  想讓智慧型手機變小,半導體就得「微縮」到奈米,
  iPhone 13搭載的A15仿生晶片,就由台積電利用「5奈米」製程打造,
  5奈米有多大?長寬都只有1公分,但上面卻要放上億個元件,
  難怪許多人將半導體比喻為一幅最精細、優雅的畫作。
 
  ◎哪些科技未來最會賺?股票族如何布局?
  物聯網時代的主角,是感測器,每輛汽車平均有300個感測器,目前特斯拉最多;
  最新半導體材料——量子點,做出的顯示器厚度只有5.5微米,你可以穿在身上。
  聽過「怪物晶片」嗎?有個超級電腦以能算出「打噴嚏時病毒會如何散播」聞名。
 
  ◎往後10年,半導體的下一個劇本
  三星電子的三進位半導體若成功商業化,以後手機充一次電,就能用1,000天。
  只要靠一滴水,也能點亮LED?以蒸散作用驅動的發電機已進入研發階段。
  討論度越來越高的鈣鈦礦太陽能電池,也不容忽視,
  厚度是現有電池的六十分之一,特別適合用在穿戴型裝置上。
  
  本書含括半導體科學原理、最新技術、相關市場動向與展望,
  文科生也能秒懂,股票族買對上下游投資標的。
 
本書特色
 
  領先一奈米就領先全世界,
  文科生也能秒懂,入門變內行,股票投資買對上下游標的。
 
好評推薦
 
  清華大學動力機械工程學系教授/羅丞曜〔審定〕
  文藻外語大學應用華語文系專任副教授/施忠賢
  DIGITIMES董事長暨《電子時報》社長/黃欽勇
  知識力科技執行長/曲建仲博士
 

作者介紹

作者簡介
 
權順鎔
 
  在韓國生產技術研究院裡研究半導體封裝材料。目前經營的YouTube頻道為「SOD」,探討科學技術、工程與半導體,受到近60萬名追蹤者的青睞。
 
  2021年7月被委任為隸屬總統管轄的國家知識財產委員會宣傳大使,也受到KAIST(韓國科學技術院)、YouTube Korea等的邀請,積極參與以科學交流為主題的活動,合作對象包含韓國科學技術翰林院、韓國科學技術研究院、韓國科學創意財團、韓國天文研究院、韓國僱傭勞動部。
 
譯者簡介
 
葛瑞絲
 
  畢業於中央大學,相信文字的力量,夢想是讓世界變得更好。現職為筆譯自由工作者。
  翻譯作品有:《專為孩子設計的創意摺紙大全集》、《這次,我不想再忍耐》等書。
  IG:sooograceoo
 

目錄

推薦序一 床邊故事般的簡易解說,文科生也能無痛秒懂/施忠賢
推薦序二 歷史相近的臺韓半導體,未來仍會緊密相連/黃欽勇
前言 看不見的半導體,看得見的劇本

第1章 半導體,領先一奈米就領先世界
1. 把沙子變黃金,晶片創造上兆商機
2. 半導體基本技術:開關與放大
3. 有了電晶體,電腦才能開機
4. 避免自動駕駛出人命,封裝製程是重點
5. 體積大小有限制,改用立體堆疊
6. 邁入三進位,手機充一次電能用1,000天
7. 厚度只有一顆原子的二維材料
8. 沒有封裝,等同做白工

第2章 哪些科技未來最會賺?股票族如何布局?
1. 車用半導體:隱藏在汽車內部的強大商機
2. LG半導體失利,靠熱電元件進軍新事業
3. 怪物晶片,讓你預見幾秒後的未來
4. 物聯網時代的主角,是感測器
5. 實現全像投影,得靠5G毫米波
6. 最新半導體材料——量子點

第3章 往後10年,半導體的下一個劇本
1. 每個「不像話」的發明,都是創新
2. 蒐集再生能源,順便治療禿頭
3. 摩擦起電,散步就能幫手機充電
4. 靠手臂的晃動,如何產生足夠電量?
5. 無線網路的另一個用途,是充電
6. 一滴水,也能點亮LED
7. 遊戲還沒開始,市場已不斷擴大
8. 大氣中的水,也能拿來發電

第4章 模擬五感的虛擬科技,比現實更真實
1. 腦機介面,讓大腦和電腦合而為一
2. 透過機器學習,半導體越來越懂你的心
3. 《鋼之煉金術師》的義肢技術,化為現實
4. 數位時代的思想控制,從衣服讀取想法
5. 殺敵的刺激和痛苦,完全沉浸的觸覺體驗
6. 螢幕上的炸雞,一樣聞得到、嚐得到
7. 全像投影,讓初音從軟體變真人
8. 卡通和電影裡的世界,你想進去嗎?
9. 未來的搖錢樹,是摸得到的光線
 

推薦序一
 
床邊故事般的簡易解說,文科生也能無痛秒懂
文藻外語大學應用華語文系專任副教授/施忠賢
 
  不知道有多少人跟我一樣,即使深以台積電為榮,卻一直不懂什麼叫半導體?但答案不是明擺在那裡嗎?就是半個導體,用看的便能理解!也許這就是文科人面對理科的隱形鴻溝、自我設限。對多數人而言,理科生就是高科技的導體(靈犀相通),文科生則是高科技的絕緣體(一竅不通),涇渭如此分明。
 
  跟著學生上著半導體的初階、進階課程,我發覺自己逐漸被喚醒了埋藏許久的理工魂。倒不是個人有什麼理工的天賦,而是在半導體的發展過程中,看著科學家和工程師們面對問題去思考解方、更新策略去改變製程、嘗試材料去開發可能性……不得不說,有許多令人拍案叫絕的驚喜(如MOSFET本身的結構設計),也有讓人引頸期待的未來(三進位半導體結合5G或6G之後,人類生活的全面改變)。
 
  這些內容剝開理論、公式或專業的外殼,其實內在蘊含的是很實際的大自然法則、很基礎的邏輯性思維,以及很精彩的人類創造力。
 
  所以我們需要的是化繁為簡,用如同床邊故事般的輕鬆角度與親切方式,引人入勝的敘說半導體的精彩知識,最後深埋到大家的記憶中。尤其在臺灣,這個全球半導體產業鏈最完整、最不可思議的國度,半導體的知識,理應存於國人的DNA中。
 
  本書內容,恰可以作為幫民眾有效開啟半導體大門的敲門磚。作者從材料、構造和功能講起,用一種介於專業和生活的語言,講述著半導體在學術創發和生活上的應用。最後,本書最令人神往的是,作者花了很大的篇幅,用極富浪漫的想像和堅信可能的推論,預示了半導體已經或即將對未來的世界做出的改變,個個都翻天覆地,像是能源蒐集(energy harvesting,也稱能源採集)、全像投影、腦機介面,以及虛擬與實境的不分。
 
  最後,作者身為韓國學者,在書中大量介紹韓國半導體的研發與成果,這對臺灣民眾來講,更是極難得的知己知彼寶典。對手可敬,我們更要加把勁,讓自己從高科技的絕緣體,進化到半導體。歡迎大家一同加入這個行列!
 
推薦序二
 
歷史相近的臺韓半導體,未來仍會緊密相連
DIGITIMES董事長暨《電子時報》社長/黃欽勇
 
  中國進口的半導體有36%來自臺灣,日本也有33%,估計臺灣半導體業對GDP的貢獻值,將從2021年的11%提高到2022年的13%。相較於專攻晶圓製造與設計的臺灣,韓國將產業重心放在記憶體上,但也成效卓著。
 
  2022年上半年,韓國半導體的貿易順差670億美元,而其他產業卻帶來377億美元的逆差,韓國靠半導體平衡貿易逆差,對外債高達6,620億美元(截至2022年6月底)的韓國而言,半導體業更是中流砥柱。
 
  半個世紀以來,臺韓同步發展經濟,就連發展半導體產業的歷史也十分相近。1983年,三星電子與現代電子也宣示進軍半導體,但沒有人認為人均所得不到2,000美元的韓國夠格挑戰資本密集、技術密集的半導體產業。
 
  那時,聯電剛剛起步,離開半導體公司德州儀器(Texas Instruments,簡稱TI)的張忠謀,在1985年來到臺灣,扛起半導體業的大旗。1985年,我加入資策會的產業情報研究所(MIC),擔任專職的韓國產業研究員;那時的韓國雖非研究主力,卻是對比臺灣產業發展進程最重要的指標。
 
  MIC是李國鼎資政接受美籍科技顧問鮑伯.伊凡斯(Bob Evans)建議成立的機構,臺灣中小企業多,蒐集資料不專業,政府官員的專業認識也不足,他建議成立一個單位,專門蒐集全球產業資訊,並為臺灣綢繆產業戰略,這也是臺灣第一個產業智庫。
 
  我在ICT(資訊及通訊科技)產業最繁榮興盛的1990年代領導MIC,1992到1997年,臺灣的ICT產業至少成長10倍,我們在那個沒有手機、沒有網際網路的美好時代長大,見證了臺灣從無到有的經驗,而我也從未放棄研究韓國的天命。
 
  1998年,我創辦了臺灣唯一的產業報《電子時報》,韓國的產業資訊向來是我們的主力之一,看到本書作者權順鎔寫的新書也頗為感慨,寫這種書,必須兼具對產業知識與技術趨勢的理解,出身韓國生產技術研究院的他,能受邀擔任總統管轄的國家知識財產委員會宣傳大使,更是財團法人研究機構中少見的特例。這本書不僅是科普書籍,更連結了韓國的產業發展經驗,探索半導體產業環境與技術趨勢。
 
前言
 
看不見的半導體,看得見的劇本
 
  牛津大學馬庫斯.杜.索托伊教授(Marcus du Sautoy)曾說,存在於這世上的數據中,有90%在近5年內才出現。現今每兩天產生的數據量,等同人類文明開始時,至2003年間所產生的數據總量,這樣想想,說現代世界「日新月異」一點也不誇張。
 
  而我敢大膽斷言,半導體就在這變化多端的世界中心。半導體在20世紀後期開始嶄露頭角,在儲存及處理數據上扮演不可或缺的重要角色,也提升科學技術發展的速度。
 
  幾年前,我們只能在科幻電影裡看到可彎曲的螢幕顯示器、自動駕駛汽車,以及能夠多人同時進入的虛擬空間,但事實上,這些技術已悄然來到我們身邊。
 
  設計特殊的GPU(按:圖形處理器,專門在個人電腦、工作站、遊戲機和行動裝置上執行繪圖運算工作的微處理器)的半導體公司NVIDIA(輝達),創始人兼執行長黃仁勳曾說:「過去20年的發展,如果算是驚人,那未來20年的進步,肯定將如同一場科幻電影。」
 
  本書將介紹,半導體技術會如何把我們變成科幻電影的主角,從半導體的基本概念開始,到無法超越的「新世界」研究。第一章將說明半導體的研發歷史及主要功能,也會提到最新研究。
 
  第二章將介紹目前最熱門的半導體技術。我會說明許多正在大幅改變我們日常生活的科技,從自動駕駛汽車到無線通訊,內容包羅萬象。也許你會覺得,這都是已經知道的內容了,但只要慢慢讀下去,就會有新的發現,因為半導體是相當有價值的未來技術,眼前所見的只是一小部分而已。
 
  接著,第三章將說明半導體與能源相關的內容。半導體不只是處理數據的裝置,還能有效使用能源,未來甚至能負責製造能源,若能事先掌握這些內容,就能以更萬全的視角為未來做準備。
 
  第四章的內容則如同科幻電影情節,高效能半導體將生動模擬人類的5個感官,雖然是人工的,卻比現實更真實。近期的相關研究,比以往獲得的成果還要更好,而我們的終極目標是研發出能直接與大腦相互作用的半導體。我大膽預測,在未來,虛擬與現實的分界將會消失。
 
  在每個小節中穿插的小故事,則會提到與正文相關的其他半導體、科學工程及經濟事件,只要依序閱讀,你就能明白,半導體真的存在於世上每一個角落。
 
  人類的生活跟半導體密不可分,其主因,是半導體太小、過於隱密,不在我們的視線範圍內;所以,我更認為半導體這個主題值得大眾探究,但是,由於這是一個需要專業的領域,若沒有主修相關領域的專家,普通人往往也很難得知一二。
 
  我寫這本書時,努力結合了半導體的這兩個特徵。因此,在閱讀本書時,可以抱持著閱讀知識叢書或是觀賞科幻電影的態度,雖然帶點緊張感,但又可以輕鬆閱覽;此外,你也可以用專家的視角,來了解各種半導體技術結合起來後,將會形成何種大趨勢。
 
  說不定有一些讀者在讀這本書時,還能發現不錯的投資標的。無論如何,只要半導體這一主題更貼近讀者的生活,我想,這本書就達成目的了。
 
  每當我這樣說,就一定有人會嘲笑道:「我們又看不到半導體,你提到的那些技術,連研究室的門都出不了,怎麼可能改變我們的人生?」在我的YouTube頻道上,就偶爾會看到類似的留言。
 
  但我認為,說這種話的人反而會錯失良機,因為所有偉大的發現,都來自於小小的好奇心。物理學家阿爾伯特.愛因斯坦(Albert Einstein)曾說:「我沒有什麼特殊的天賦,只是擁有熱切的好奇心。」
 
  寫下這本書時,我獲得許多人的幫助,因為這與半導體這一主題有關,所以我想利用簡短的篇幅說一下。
 
  2020年2月,由紐約州立大學水牛城分校(University at Buffalo)、澳洲西澳大學(University of Western Australia)及哈佛大學(Harvard University)共同組成的研究團隊發表了一個相當有趣的研究:他們找來2,500名實驗對象,探索他們獲得經濟上的成功與孤獨之間的關係,並得出結論:「越重視經濟層面之成功的人,越為孤獨,所以這樣的人會強迫自己花更多時間與他人交流。」
 
  沒想到越追求金錢,會越孤獨!我想,這也證明了我們無法只靠金錢就獲得愛情或友情吧!當然,這個研究小組所獲得的結論,不一定是正確答案,但我很同意他們的看法。為了獲得財富自由,過去兩年我持續經營YouTube頻道,這段期間我內心最強烈的感受,就是孤獨。
 
  我的頻道獲得眾多觀眾的喜愛,有些人甚至放棄念書的時間,改看我的頻道;但很奇怪的是,儘管能觸及這麼多觀眾,我仍然感到孤單。每天睡到快中午才起床,簡單吃個飯後,就一邊喝咖啡、一邊閱讀各類金融雜誌、科學與工程相關論文;短暫休息過後,便從晚上開始剪輯影片到隔天凌晨。雖然可能會有人羨慕我的生活,但孤獨卻在我心中的某個角落持續累積。
 
  後來,我告訴自己不能再這樣下去,我便從2021年開始,大幅增加對外活動。我和韓國科學YouTuber科學Cookie、科學Dream、科技傳播講師EXO等人交流,也向韓國科學技術研究院(KIST)腦科學研究室團長趙日周(按:以下譯名多為音譯)、研究員閔秉權和金萊賢、成均館大學新材料工程系白正敏副教授、首爾大學醫學系洪允哲教授、梨大木洞醫院金振宇教授等人請益,他們現在仍在研究的第一線絞盡腦汁。
 
  另外,科學技術的發展與政策密不可分,因此我也曾與韓國國民之黨(按:於2022年正式併入國民力量)黨主席安哲秀、前國會議員鄭炳國等政治名流見面,討論相關議題。
 
  在我與各領域的專業人士合作後,才有種重新活過來的感覺,也明白無論是想獲得經濟還是其他層面的成功,若不想被目標蒙蔽雙眼,就必須與他人維繫關係。對於告訴我這個簡單真理的所有人,我致上謝意。
 
  我希望未來依然能感受到自己真真切切的活著,但若要達到這個目的,就必須不斷用新的方式認識新的人,而這就是我寫下這本書的原因。雖然不是面對面與讀者交流,但這本書是我能與更多人交流的機會。
 
  雖然在本書中,我還會再更加仔細的說明,但我想先說,無論半導體有多厲害,光憑一個半導體,什麼事都做不了,要與更多半導體與元件連接,才能發揮它應有的效能,而連接方式越多元,就能展現更多功能;除了儲存數據或運算,半導體還能發光、蒐集能源。
 
  這麼說來,這本書也許能帶領讀者,一起探索最新的科學與工程。也就是說,我們將透過最貼近人類生活的技術半導體,來看我們的生活。德國物理學家馬克斯.普朗克(Max Planck),因發現能量量子而獲頒1918年諾貝爾物理學獎時,他曾說道:「科學無法掀開自然的無窮神祕,因為我們在探索自然時,同時必須探索屬於自然的我們。」
 

詳細資料

  • ISBN:9786267192412
  • 叢書系列:Biz
  • 規格:平裝 / 288頁 / 17 x 23 x 1.5 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

避免自動駕駛出人命,封裝製程是重點
 
半導體究竟必須歷經哪些過程才能製成?雖然每家半導體公司可能會有點不同,但基本八大製程是:「晶圓→氧化→微影→蝕刻→薄膜→金屬配線→離子佈植(Ion implantation,離子為帶有某種電荷的原子,若在元件中加入離子,電洞或電子會變多,使電荷量達到最大)→封裝」。然而,半導體並非經過這8個過程就能完成,而是必須重複數十次到數百次。
 
細看這八大製程之前,我們要先記住,製造半導體就像在製造雕像。為了製造雕像,需要一大塊四方形的大理石(晶圓製程),然後為了以特定材質修飾,要在大理石表面上一層塗料(氧化製程)。準備好之後,只要用雕刻刀與槌子(氟化氫)刻出我們想要的形狀即可,但過程中可能會不小心刻錯,因此必須先用尺等工具(光罩)輔助、劃上線條(微影製程),接下來,沿著這些線條正式切割大理石(蝕刻製程)。
 
完成上述作業後,還少了一個重要元素:該怎麼讓這雕像閃閃發光?幾經思考後,決定在雕像上配置可通電的薄膜與金屬配線(薄膜製程及金屬配線製程)。接著,再將離子放進這塊大理石裡(離子佈植製程),好讓電流順暢,最後再做些處理,以免雕像碎裂,並製造能從外面供給電力的插頭,接上電線(封裝製程)。
 
上述是八大製程的簡略解說。根據半導體公司不同,製程順序可能會有所改變,也會重複進行。順帶一提,韓國半導體公司可說是很有實力的雕刻家,能刻出既優質又美麗的雕像,日本或德國則擅長製造雕刻所需的各種工具,每個國家都有自己專精的領域。
 
在正式說明之前,我想先提出一個問題:在半導體產業裡,最重要的是什麼?前面曾經提過成本,但再延伸下去,許多學者認為價值(value)才最重要。那麼,價值指的是什麼?從世界上任何地方都有的沙子裡萃取出矽,將其製造成可賺取數兆韓元的半導體,這就是價值;在一個晶圓上以比頭髮小1萬倍以上的細微顆粒畫出迴路,製作出數萬個半導體,這也是價值。簡單來說,就是用最低的費用獲取最高的價值。
 
同理,封裝製程也在提升半導體的價值,因為半導體的大小面臨了物理界限。過往的封裝製程,真的只是透過包裝來保護半導體,頂多就是連接電流流通的管線。但最近的封裝製程,已經遠遠超越原本的封裝水準。

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2024/04/07
聽聞某檔股票火熱就一窩蜂栽入跟著潮流購買,終至慘招套牢,半導體產業包含了哪些部分,其中又代表那些分類與專精,本書作者提供給入門人士淺顯易懂的介紹,對於矽光之島的台灣,必須由競爭對手手裡閱讀台灣最強產業,殊感遺憾,期盼業界高手,能如此無私分享,嘉惠熱愛這個已經和現代生活息息相關的產業更多知識。
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