臺積電封裝技術再升級

晶圓代工龍頭臺積電針對先進封裝打造的晶圓級系統整合技術(WLSI)平臺,透過導線互連間距密度和系統尺寸上持續升級,發展出創新的晶圓級封裝技術系統整合芯片(TSMC-SoIC),除了延續及整合現有整合型扇出(InFO)及基板上晶圓上芯片封裝(CoWoS)技術,提供延續摩爾定律機會,並且在系統單芯片(SoC)效能上取得顯著的突破。

臺積電說明,因為擁有最先進製程的晶圓或芯片,以及混合匹配的前段3D和後段3D系統整合,客戶可以利用臺積電獨特的從晶圓到封裝的整合式服務,來打造具差異化的產品。

臺積電打造以3D IC為架構的TSMC-SoIC先進晶圓級封裝技術,能將多個小芯片(Chiplet)整合成一個面積更小與輪廓更薄的SoC,透過此項技術,7納米、5納米、甚至3納米的先進SoC能夠與多階層、多功能芯片整合,可實現高速、高頻寬、低功耗、高間距密度、最小佔用空間的異質3D IC產品。

臺積電封裝技術再升級

有別於傳統的封裝技術,TSMC-SoIC是以關鍵的銅到銅接合結構,搭配直通矽晶穿孔(TSV)以實現最先進的3D IC技術。目前臺積電已完成TSMC-SoIC製程認證,開發出微米級接合間距(bonding pitch)製程,並獲得極高的電性良率與可靠度數據,展現了臺積電已準備就緒,具備為任何潛在客戶用TSMC -SoIC生產的能力。臺積電強調,TSMC-SoIC技術不僅提供延續摩爾定律的機會,並且在SoC效能上取得顯著的突破。

臺積電持續加強矽中介層(Si Interposer)與CoWoS佈局,以因應人工智慧及高效能運算市場快速成長。臺積電第四代CoWoS技術已可容納單個全光罩(full-reticle)尺寸的SoC和多達6個3D高頻寬記憶體(HBM)堆疊,第五代CoWoS與博通等客戶合作推出2倍光罩尺寸,並將小芯片、SoIC、HBM3等新芯片結構整合。

臺積電已完成第五代InFO_PoP(整合型扇出層疊封裝)及第二代InFO_oS(整合型扇出暨基板封裝)技術並通過認證,支援行動應用和HPC應用。臺積電亦開發出新世代整合式被動元件技術(IPD),提供高密度電容器和低有效串聯電感(ESL)以增強電性,並已通過InFO_PoP認證。AI與5G行動應用將受惠於強化的InFO_PoP技術,新世代IPD預計於今年開始進入大量生產。

5G封裝先出擊

5G智能手機同步支援Sub-6GHz及mmWave(毫米波)等多頻段,數據機基頻芯片或系統單芯片(SoC)的設計及功能更為複雜,晶圓代工龍頭臺積電除了提供7納米及5納米等先進製程晶圓代工,也進一步完成5G手機芯片先進封裝供應鏈佈局。其中,臺積電針對數據機基頻芯片推出可整合記憶體的多芯片堆疊(MUlti-STacking,MUST)封裝技術,整合型扇出天線封裝(InFO_AiP)下半年將獲華為海思採用。

 

由於5G同步支援多頻段、高速資料傳輸速率、大容量資料上下載等特性,加上5G終端裝置亦加入了邊緣運算功能,所以5G智能手機搭載的應用處理器、數據機或SoC等5G手機芯片,都需要導入7納米或5納米等先進製程,才能在提升運算效能的同時也能有效降低芯片功耗。因此,包括蘋果、高通、聯發科、華為海思等都已採用臺積電7納米或5納米量產。

 

但在5G芯片運算效能大躍進的同時,核心邏輯芯片需要更大容量及更高頻寬的記憶體支援,射頻前端模組(RF FEM)也需要搭載更多功率放大器(PA)或低噪放大器(LNA)元件,可以解決芯片整合問題的先進封裝技術因此成為市場顯學。

 

包括蘋果、華為、三星等一線大廠今年所打造的5G智能手機,均大量導入系統級封裝(SiP)設計來降低功耗及達到輕薄短小目標,臺積電因此推出5G智能手機內建芯片的先進封裝技術,以期在爭取晶圓代工訂單之際,也能透過搭載先進封裝製程而提高客戶訂單的黏著度。

臺積電封裝技術再升級

針對5G手機中的應用處理器,臺積電已推出InFO_PoP製程並將處理器及Mobile DRAM封裝成單一芯片。而5G數據機基頻芯片因為資料傳輸量大增,臺積電開發出採用InFO製程的多芯片堆疊MUST封裝技術,同樣能將基頻芯片及記憶體整合封裝成單一芯片,而臺積電也由此開發出3D MiM(MUST in MUST)的多芯片堆疊封裝技術,除了能應用在超高資料量傳輸的基頻芯片,亦能應用在高效能運算(HPC)相關芯片封裝,將單顆SoC與16顆記憶體整合堆疊在同一芯片。

 

再者,臺積電InFO製程可提供射頻元件或射頻收發器的晶圓級封裝,但在mmWave所採用的RF FEM模組封裝技術上,臺積電推出基於InFO製程的InFO_AiP天線封裝技術,相較於覆晶AiP封裝可明顯縮小芯片尺寸及減少厚度。蘋果iPhone 12搭載天線雖然沒有採用臺積電InFO_AiP製程,但華為海思有機會在下半年出首款採用臺積電InFO_AiP技術的天線模組並搭載在新一代5G旗艦手機中。


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