《電子技術(shù)應用》
您所在的位置:首頁 > EDA與制造 > 業(yè)界動態(tài) > Chiplet的大機遇

Chiplet的大機遇

2021-11-02
來源:半導體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: chiplet 后摩爾定律

  進入后摩爾定律時代,先進封裝成為半導體產(chǎn)業(yè)的新顯學,而小晶片的異質(zhì)整合商機更是眾廠商磨刀霍霍的兵家必爭之地。

  在半導體芯片制造的過程中,當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階段,進行不同程度的檢測,進而確認晶片的可靠度以及良率,兩者都是在晶片制造的過程當中不可或缺的重要程序。

  更進一步來看,在封裝的同時,為了能夠達到更高的效能,晶片整合就成為各廠商著重發(fā)展的重中之重,但是,先前因為受限于異質(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,基于臺灣半導體供應鏈完善,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,確實可以說是相當成熟。

  先進封裝市場爆發(fā)式成長

  近來,在后摩爾定律時代對晶片性能要求持續(xù)提升的帶動之下,半導體產(chǎn)業(yè)的供應鏈廠商也日益增加在先進封裝領(lǐng)域的投資,根據(jù)市場知名研究機構(gòu)Yole日前發(fā)表的先進封裝市場報告,預測二○二○~二六年間,先進封裝市場將以年復合成長率七。九%的強勁氣勢大幅成長,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,大約是傳統(tǒng)封裝市場預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,年復合成長率分別為二一%、十八%和十六%。

  確實,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,尤其進入七納米之后,能夠整合的項目就比以往更加多元,包括邏輯電路(Logic)、射頻(RF)電路、MEMS(微機電)、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封裝當中。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然地躍上臺面,成為整個半導體產(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,透過先進封裝制程緊密集合在一起。隨著先進制程的不斷發(fā)展,原先傳統(tǒng)的2D封裝已經(jīng)無法達到相關(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、甚至多個不同性質(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等多維度空間設計,將不同電子元件堆疊、整合在一個芯片中,解決空間限制,進而達到改善功耗和效能、大幅縮小體積的效果。

  但是,一旦整合的項目增加,相關(guān)制程的復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到終端的要求,半導體產(chǎn)業(yè)確實迎來更多需要系統(tǒng)單芯片整合的挑戰(zhàn),同時,也衍生出了系統(tǒng)封裝(System in Package)的相關(guān)商機,而綜觀現(xiàn)在所有一線的半導體業(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,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)務的臺積電從○九年起,開始跨入封裝領(lǐng)域,結(jié)合先進制程的晶圓代工,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,并且將目標鎖定在人工智能(AI)及高效運算(HPC)市場,如今布局先進封裝技術(shù)領(lǐng)域多年也終于迎來開花結(jié)果之時。

  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)其實就是先前因為制程良率始終無法提升,所以并未獲得相關(guān)半導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同。由于該技術(shù)可達到功耗較低的效果,同時又能強調(diào)散熱,并且可以符合體積小、高頻寬的應用,特別適合用在智能手機、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),并針對高效能運算晶片提供CoWoS封裝制程的成果,可說是宣告著半導體業(yè)已經(jīng)進入下一個全新世代。近來,針對先進封裝的布局,臺積電更是頻頻在各大公開場合向市場報喜,日前在「Semicon Taiwan 2021線上論壇」當中,臺積電就宣布目前已將先進封裝相關(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/先進封裝技術(shù)暨服務副總經(jīng)理廖德堆也直言,隨著先進制程邁向三納米以下的更先進技術(shù)前進的同時,系統(tǒng)整合單芯片(System on Integrated Chips;SoIC)的小芯片先進封裝技術(shù)就成為這當中不可或缺的解決方案,臺積電運用小晶片整合技術(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)芯片設計已經(jīng)成為當前半導體市場的新顯學。

  同時,廖德堆也進一步指出,為了加快布局小芯片先進封裝技術(shù),目前臺積電正積極打造創(chuàng)新的3D Fabric先進封測制造基地,到時候廠房將會具備先進測試、SoIC和2.5D先進封裝的產(chǎn)線,其中,進度最快的SoIC預計今年就可望導入機臺,至于2.5D先進封裝廠房則是計畫將在明年到位,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,于此同時國內(nèi)封裝龍頭大廠日月光投控當然也不遑多讓,挾帶著在封裝領(lǐng)域當中耕耘多年的優(yōu)勢,日月光在SiP先進封裝技術(shù)可說是已握有先機,確實,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都有相當豐富的經(jīng)驗,將上述技術(shù)一字排開來,全都可以替客戶進行異質(zhì)整合的系統(tǒng)級封裝,進而提供客戶一條龍的服務,根據(jù)公司說法,目前各地客戶委托進行異質(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能,可持續(xù)關(guān)注。




電子技術(shù)圖片.png

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。