被“誤解”的先進封裝 中國才剛剛起步_互聯網

時間:2021-10-29 10:03:31

導語:先進封裝不是摩爾定律失效的救世主,也并非與先進工藝互斥的新技術路徑,其本質意義是挖掘芯片制造過程中的潛能,將傳統封裝中被延緩的數據傳輸速度和被損耗的大量功耗,通過技術和結構的創新極大程度的找回。

先進封裝不是摩爾定律失效的救世主,也并非與先進工藝互斥的新技術路徑,其本質意義是挖掘芯片制造過程中的潛能,將傳統封裝中被延緩的數據傳輸速度和被損耗的大量功耗,通過技術和結構的創新極大程度的找回。

與前道先進工藝不斷迭代類似,“先進封裝”其實也是一個模糊和長期變化的概念,每個時代的“先進封裝”都意味著一次技術體系革新。例如,過去DIP、SOP、TSOP、QFP、LQFP等技術被看作傳統封裝時,BGA、CSP、FC、MCM(MCP)等技術就會被稱為“先進封裝”。

而時下被廣泛提及的“先進封裝”,實際是一次平面封裝向2.5D/3D堆疊異構集成封裝技術的升級躍遷。

緣起臺積

如今的“先進封裝”概念并非由封裝廠提出,其最早誕生于2009年的臺積電。當時臺積電團隊發現,在傳統封裝基板上的引線線寬超過50μm,隨著邏輯芯片和存儲芯片之間的數據傳輸量越來越大,高線寬會導致整顆芯片約40%的傳輸速度和60%的功耗被白白浪費。

而假如用硅中介層來替代傳統基板,將邏輯芯片和存儲芯片等堆疊封裝,引線線寬能夠縮小至0.4μm以內,被損耗的大部分傳輸速度和功耗都能被重新找回。

一位業內人士告訴集微網,該團隊負責人與當時臺積電的董事長張忠謀針對先進封裝項目僅溝通了1小時左右,后者便給予了400人團隊布建和1億美元資本投入的承諾?;谑褂霉柚薪閷拥?D堆疊,臺積電于2012年推出了CoWoS封裝技術,但由于成本較高而難以推廣。隨后又推出了主要針對手機芯片的InFO封裝技術,采用聚酰胺薄膜代替CoWoS中的硅中介層,從而降低了單位成本和封裝高度。

CoWoS和InFO先進封裝解決方案,不僅為臺積電的先進工藝之虎插上雙翼,還幫助其與越來越多的客戶深度綁定。其中,臺積電先進封裝技術最著名的一“戰”便是吃光三星的蘋果A系列處理器代工訂單。

早在2015年時,蘋果的A9處理器還分別交由三星的14nm和臺積電的16nm代工。而一年之后,臺積電竟在沿用16nm工藝的前提下包攬了蘋果A10處理器的所有代工訂單。從分庭抗禮到獨霸天下,只因臺積電在A10芯片上全面啟用了自研的InFO FOWLP封裝技術,在邏輯工藝并沒有升級迭代的情況下,A10芯片仍然實現了40%的性能提升,并延長iPhone的待機時間。

2016年至今,臺積電先進工藝不斷下探的同時,先進封裝技術也在不斷升級,兩者的相輔相成讓蘋果、AMD、英偉達等國際巨頭都與臺積電形成了長期的深度綁定。

一步步坐實晶圓制造龍頭身份,臺積電的一舉一動顯然會牽扯著各方神經,唯二能與之抗衡的Intel和三星也在晶圓制造后道的先進封裝領域展開大規模投資布局。

誰是主力?

臺積電下場發力封裝業務,三星跟進的X-Cube技術步步為營,Intel基于先進封裝技術進行架構變革,晶圓廠整齊的步伐彰顯出了芯片制造商對于性能和功耗的極致追求,同時也讓傳統封裝廠陷入尷尬境地。

圖源:三星X-Cube技術

究竟是封測廠拿不動“刀”了,還是晶圓廠要求太高了呢?其背后還與先進封裝本身的技術特征有關。

從技術角度來看,傳統封裝中的各類芯片都是水平互聯,而先進封裝中芯片堆疊后的互聯,以及芯片向下連接基板時,都需要一種垂直互聯的方式來提高系統的整合度和效能。目前, 業界主要依靠TSV(硅通孔)技術來實現。

TSV技術通過在硅中介層上以蝕刻或激光的方式鉆孔,再以導電材料如銅、多晶硅、鎢等物質填滿,堆疊的芯片便能通過被填充的硅通道實現垂直互聯。與以往的IC封裝鍵合和使用凸點的疊加技術相比,TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大,外形尺寸最小,并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。在現有的先進封裝方案中,不論是臺積電的CoWoS,還是Intel的Foveros 3D技術、三星的X-Cube技術,都需要用到TSV技術。

正是因為TSV技術對于時下的先進封裝各類體系不可或缺,加之晶圓廠在硅中介層制造上具有先天優勢,因此主流晶圓廠的封裝事業部紛至沓來。

“由于技術和結構的特殊性,先進封裝既需要晶圓制造工序,又需要常規封裝工序,這也意味著無論是晶圓廠還是封裝廠,要想進軍先進封裝事業就需要補充學習對方的長處?!币晃幌冗M封裝領域資深人士告訴集微網,“而由于晶圓制造業所涉及的學科數量、工藝工程的復雜程度都遠高于封裝業,因此晶圓制造廠學習封裝的技術難度,遠低于封裝廠學習晶圓制造的技術難度?!?

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