進(jìn)入后摩爾定律時(shí)代,,先進(jìn)封裝成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新顯學(xué),而小晶片的異質(zhì)整合商機(jī)更是眾廠商磨刀霍霍的兵家必爭之地,。
在半導(dǎo)體芯片制造的過程中,,當(dāng)芯片從晶圓廠被生產(chǎn)出來之后,,還必須經(jīng)過最后一道非常關(guān)鍵的步驟,才能變成具備不同功能的元件,,這個(gè)步驟就是:封裝測試,。所謂封裝,是將晶片連上印刷電路板或其他電子元件,,讓訊號與電流能夠順利地傳遞,,而測試則是在芯片制作過程的各個(gè)階段,進(jìn)行不同程度的檢測,進(jìn)而確認(rèn)晶片的可靠度以及良率,,兩者都是在晶片制造的過程當(dāng)中不可或缺的重要程序,。
更進(jìn)一步來看,在封裝的同時(shí),,為了能夠達(dá)到更高的效能,,晶片整合就成為各廠商著重發(fā)展的重中之重,但是,,先前因?yàn)槭芟抻诋愘|(zhì)芯片整合(Heterogeneous Integration)的制程存在著不小的差異,,兩者整合起來的良率也相對偏低,再加上過去封裝廠多半采取分工模式,,以致制程大多仍然是以同質(zhì)晶片整合為主,。不過,基于臺灣半導(dǎo)體供應(yīng)鏈完善,,又具備頂尖晶圓代工的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,,臺灣的封裝廠商在同質(zhì)芯片整合的布局已行之有年,確實(shí)可以說是相當(dāng)成熟,。
先進(jìn)封裝市場爆發(fā)式成長
近來,,在后摩爾定律時(shí)代對晶片性能要求持續(xù)提升的帶動(dòng)之下,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈廠商也日益增加在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的投資,,根據(jù)市場知名研究機(jī)構(gòu)Yole日前發(fā)表的先進(jìn)封裝市場報(bào)告,,預(yù)測二○二○~二六年間,先進(jìn)封裝市場將以年復(fù)合成長率七,。九%的強(qiáng)勁氣勢大幅成長,,到二○二五年為止,市場營收就將突破四二○億美元的規(guī)模水準(zhǔn),,大約是傳統(tǒng)封裝市場預(yù)期成長率的三倍之多,,其中,又以2.5D/3D堆疊IC,、嵌入式芯片封裝(Embedded Die; ED)和扇出型封裝(Fan-Out; FO)為成長最快的三大技術(shù)平臺,,年復(fù)合成長率分別為二一%、十八%和十六%,。
確實(shí),,隨著晶圓代工產(chǎn)業(yè)逐漸邁向高階制程,且制程越來越精密,,尤其進(jìn)入七納米之后,能夠整合的項(xiàng)目就比以往更加多元,,包括邏輯電路(Logic),、射頻(RF)電路、MEMS(微機(jī)電)、感測器(Sensor)等等各種不同的芯片在內(nèi),,都需要被整合在同一個(gè)封裝當(dāng)中,。也就是說,提供異質(zhì)芯片整合制程的整體解決方案就理所當(dāng)然地躍上臺面,,成為整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢,,
更深入來看,所謂異質(zhì)芯片整合制程,,就是將各種不同小芯片(Chiplet)包括了記憶體及邏輯芯片等,,透過先進(jìn)封裝制程緊密集合在一起。隨著先進(jìn)制程的不斷發(fā)展,,原先傳統(tǒng)的2D封裝已經(jīng)無法達(dá)到相關(guān)的需求,,于是芯片廠商逐漸轉(zhuǎn)向3D IC,如WoW(Wafer-on-Wafer),、甚至CoW(Chip-on-Wafer)等的技術(shù)研發(fā),,而這種新型態(tài)的3D堆疊晶片制程技術(shù)就替異質(zhì)芯片整合帶來了更多發(fā)展的想像空間。
也就是說,,過去是將同質(zhì)晶粒封裝在一起,,現(xiàn)在則是把兩個(gè)、甚至多個(gè)不同性質(zhì)的電子元件(如邏輯芯片,、感測器,、記憶體等)整合進(jìn)單一封裝里;或從芯片的布局下手,,利用2.5D/3D等多維度空間設(shè)計(jì),,將不同電子元件堆疊、整合在一個(gè)芯片中,,解決空間限制,,進(jìn)而達(dá)到改善功耗和效能、大幅縮小體積的效果,。
但是,,一旦整合的項(xiàng)目增加,相關(guān)制程的復(fù)雜度與難度也就隨之大幅成長,,話雖如此,,為使芯片變得更加輕薄短小達(dá)到終端的要求,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)確實(shí)迎來更多需要系統(tǒng)單芯片整合的挑戰(zhàn),,同時(shí),,也衍生出了系統(tǒng)封裝(System in Package)的相關(guān)商機(jī),而綜觀現(xiàn)在所有一線的半導(dǎo)體業(yè)者,,包括:臺積電,、三星(Samsung)、英特爾(Intel)在內(nèi),也都致力于異質(zhì)芯片整合制程的發(fā)展,。
若是從當(dāng)前各廠商的布局來看,,從專門委外的封測代工廠(OSAT)到晶圓代工廠,針對布局異質(zhì)整合封裝技術(shù),,確實(shí)都是磨刀霍霍,、各擁優(yōu)勢,封測廠主要布局SiP on Substrate,、低密度扇出型晶圓級封裝(FOWLP)以及高密度晶圓級封裝等,,同時(shí),也有封測廠布局2.5D IC,;而晶圓代工廠則是主要布局高密度晶圓級封裝,、2.5D Interposer和3D IC等等。
臺積電打造「3D Fabric」平臺
為了而維持公司居于業(yè)界的領(lǐng)先地位,,過去只將目光專注在晶圓代工業(yè)務(wù)的臺積電從○九年起,,開始跨入封裝領(lǐng)域,結(jié)合先進(jìn)制程的晶圓代工,,以提供客戶從前段晶圓代工到后段封測的一條龍統(tǒng)包服務(wù),,并且將目標(biāo)鎖定在人工智能(AI)及高效運(yùn)算(HPC)市場,如今布局先進(jìn)封裝技術(shù)領(lǐng)域多年也終于迎來開花結(jié)果之時(shí),。
目前臺積電已經(jīng)量產(chǎn)的兩大封裝技術(shù)分別是InFO(整合扇出型封裝)及CoWoS(基板上晶圓上芯片封裝),。其中,InFO封裝技術(shù)其實(shí)就是先前因?yàn)橹瞥塘悸适冀K無法提升,,所以并未獲得相關(guān)半導(dǎo)體廠商的大量采用的FOWLP(Fan-Out Wafer level Package),。一直到臺積電以FOWLP技術(shù)為基礎(chǔ)加以改良,并于一五年提出InFO技術(shù),,將十六納米的邏輯SoC芯片和DRAM芯片做整合,,才算是正式獲得市場的認(rèn)同。由于該技術(shù)可達(dá)到功耗較低的效果,,同時(shí)又能強(qiáng)調(diào)散熱,,并且可以符合體積小、高頻寬的應(yīng)用,,特別適合用在智能手機(jī),、平板電腦和物聯(lián)網(wǎng)芯片之上,因此,,在臺積電一六年將其正式量產(chǎn)之后就被應(yīng)用在不少終端產(chǎn)品之上,。
回過頭來看,臺積電成功量產(chǎn)2.5D先進(jìn)封裝制程,,提供客戶一系列InFO晶圓級封裝技術(shù),,并針對高效能運(yùn)算晶片提供CoWoS封裝制程的成果,,可說是宣告著半導(dǎo)體業(yè)已經(jīng)進(jìn)入下一個(gè)全新世代,。近來,,針對先進(jìn)封裝的布局,臺積電更是頻頻在各大公開場合向市場報(bào)喜,,日前在「Semicon Taiwan 2021線上論壇」當(dāng)中,,臺積電就宣布目前已將先進(jìn)封裝相關(guān)技術(shù)整合為「3DFabric」平臺,前段技術(shù)包含整合芯片系統(tǒng)(SoIC),,后段組裝測試相關(guān)技術(shù)包含InFO以及CoWoS系列,,可讓客戶們自由選配。
針對目前的產(chǎn)業(yè)狀況,,臺積電營運(yùn)/先進(jìn)封裝技術(shù)暨服務(wù)副總經(jīng)理廖德堆也直言,,隨著先進(jìn)制程邁向三納米以下的更先進(jìn)技術(shù)前進(jìn)的同時(shí),系統(tǒng)整合單芯片(System on Integrated Chips,;SoIC)的小芯片先進(jìn)封裝技術(shù)就成為這當(dāng)中不可或缺的解決方案,,臺積電運(yùn)用小晶片整合技術(shù),讓2.5D異質(zhì)封裝提升芯片效能,,換句話說,,小晶片的異質(zhì)芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前半導(dǎo)體市場的新顯學(xué)。
同時(shí),,廖德堆也進(jìn)一步指出,,為了加快布局小芯片先進(jìn)封裝技術(shù),目前臺積電正積極打造創(chuàng)新的3D Fabric先進(jìn)封測制造基地,,到時(shí)候廠房將會具備先進(jìn)測試,、SoIC和2.5D先進(jìn)封裝的產(chǎn)線,其中,,進(jìn)度最快的SoIC預(yù)計(jì)今年就可望導(dǎo)入機(jī)臺,,至于2.5D先進(jìn)封裝廠房則是計(jì)畫將在明年到位,由此可以看出,,臺積電針對小芯片異質(zhì)整合及先進(jìn)封裝積極卡位布局的企圖心不言而喻,。
日月光手握產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢
不過,于此同時(shí)國內(nèi)封裝龍頭大廠日月光投控當(dāng)然也不遑多讓,,挾帶著在封裝領(lǐng)域當(dāng)中耕耘多年的優(yōu)勢,,日月光在SiP先進(jìn)封裝技術(shù)可說是已握有先機(jī),確實(shí),,日月光從最早期的傳統(tǒng)釘架式封裝,、QFN(四方平面無引腳)、球柵陣列封裝,、高階覆晶封裝及扇出型封裝的2.5D或3D都有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn),,將上述技術(shù)一字排開來,,全都可以替客戶進(jìn)行異質(zhì)整合的系統(tǒng)級封裝,進(jìn)而提供客戶一條龍的服務(wù),,根據(jù)公司說法,,目前各地客戶委托進(jìn)行異質(zhì)整合案越來越多,外資也看好未來將成為下一階段的成長動(dòng)能,,可持續(xù)關(guān)注,。