晶圓代工廠臺積電開創了多個先進封裝技術
[發布日期：2020-10-30 15:36:51] 點擊：
臺積電開創了多個先進封裝技術
對先進封裝技術的審時把握是如今臺積電獨領風騷的重要一環，也是臺積電甩開三星、英特爾的主要差異點。自2011年臺積電引入CoWoS作為用于異構集成的硅接口的高端先進封裝平臺以來，從InFO(及其多個版本的InFO-
os、InFO- aip)到SoIC，再到3D多棧(MUST)系統集成技術和3D MUST-in-MUST (3D- mim扇出封裝)等一系列創新。
對先進封裝技術的重視，臺積電是第一人。早在2011年的臺積電第三季法說會上，張忠謀就宣布臺積電要進軍封裝領域，其第一個產品，叫做“基片上晶圓封裝”(CoWoS)，就是將邏輯芯片和DRAM放在矽中介層(interposer)上面，然后封裝在基板上。
在2012年，TSMC與Xilinx一起推出了當時大的FPGA，它由四個相同的28nm
FPGA芯片并排安裝在硅中介層上。他們還開發了硅通孔(TSV)，通過微凸點和再分布層(RDL)將這些構件相互連接。這就是采用CoWoS封裝技術的產品。這種基于block和EDA支持的封裝技術已成為高性能和高功率設計的行業標準。當今常見的應用是將CPU
/ GPU / TPU與一個或多個高帶寬內存(HBM)組合在一起。
CoWoS封裝技術主要目標是人工智能、網絡和高性能計算應用，臺積電投入CoWoS(基板上晶圓上芯片封裝)制程研發到量產已有將近10年時間，發展到現在，CoWoS已是一種非常成熟的技術，具有非常高的產量，已經批量生產超過五年。臺積電現在先進的CoWoS技術已可在芯片及基板的中介層(interposer)中達到5層金屬層(metal
layers)及深溝槽電晶體(DTC)。
臺積電于2017年宣布了集成式FanOut技術(InFO)。它使用聚酰胺薄膜代替CoWoS中的硅中介層，從而降低了單位成本和封裝高度，這兩項都是移動應用的重要標準。InFO封裝技術主要是針對手機芯片打造的，對于5G移動平臺，TSMC具有用于移動應用InFO_POP，用于RF前端模塊應用的InFO
Antenna-in-package(InFO_AiP)以及用于RF前端模塊的多堆棧(MUST)。蘋果A系列應用處理器是InFO_PoP封裝最大客戶。臺積電已經出貨了數千萬個用于智能手機的InFO設計。
臺積電2017年開始將InFO_oS技術應用在HPC芯片并進入量產，預估2020年InFO_oS技術可有效整合9顆芯片在同一芯片封裝中。至于應用在人工智能推理芯片的InFO_MS技術在去年下半年認證通過，可支援1倍光罩尺寸中介層及整合HBM2記憶體。
另外，臺積電還在持續擴大整合型扇出晶圓級封裝(InFO
WLP)應用，繼2019年完成整合型扇出暨基板(InFO_oS)、整合型扇出暨記憶體及基板(InFO_MS)等先進封裝技術認證及進入量產階段，臺積電再針對高效能運算(HPC)晶片推出InFO等級的系統單晶圓(System-on-Wafer，SoW)技術，能將HPC芯片在不需要基板及PCB情況下直接與散熱模組整合在單一封裝中。
CoWoS和InFO都屬于2.5D IC封裝技術，臺積電在3D IC封裝上還有SoIC及WoW。
2018年，在美國加州圣克拉拉舉行的第24屆年度技術研討會上，臺積電宣布推出晶圓堆棧(Wafer-on-Wafer，簡稱
WoW)的技術。藉由這樣的技術，GPU業者包括英偉達(Nvidia)及AMD都將會受惠，他們不再需要通過增加芯片物理尺寸，或縮小制造工藝來達到提升產品性能的目的。臺積電的目標是把WoW用在未來的7納米和5納米制造工藝。
SoIC是臺積電的下一代“真正的”3D封裝技術。因看好未來
5G、人工智能、高效能運算(HPC)等新應用，而且芯片設計走向異質整合及系統化設計，臺積電不斷擴大先進封裝技術研發，于2019年推出了集成芯片系統(SoIC)技術。SoIC是一種創新的多芯片堆疊技術，可用于10nm及以下芯片的晶片粘接。SoIC技術是將多個
dice堆疊到“ 3D構件”(又稱為“
3D小芯片”)中的一種非常強大的方法。與典型的帶有微凸點的3DIC解決方案相比，臺積電的SoIC提供了更高的凸點密度和速度，同時消耗更少的電能。更重要的是，SoIC是一個“前端”集成解決方案，在封裝之前連接兩個或多個裸片。因此，在臺積電的“后端”先進封裝技術(如InFO或CoWoS)中，SoIC?？梢耘c其他SoIC或芯片進一步集成，提供強大的“3D-by-3D”系統級解決方案。
去年臺積電順利試產7nm系統整合芯片(SoIC)及 16 納米晶圓堆疊晶圓(WoW)等 3D IC 封裝制程，預期 2021 年之后進入量產。
借助上述封裝技術，臺積電正在率先對半導體業務進行另一項變革。CoWoS，InFO尤其是SoIC使半導體和系統供應商能夠從當今較低復雜度(和較低價值)的組件級IC遷移到IC封裝中非常高復雜度和高價值的系統級解決方案。這三種先進的IC封裝解決方案正在加速一個重要的行業趨勢：IC和系統價值創造的很大一部分正從芯片轉移到封裝。
再先進的封裝工藝都需要解決氣泡問題
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