盡管半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)烏云未散，AI仍是被一致看好的未來趨勢，臺積電也為了客戶啟動CoWoS大擴產(chǎn)計劃。近日業(yè)界傳出，繼AMD后，蘋果正小量試產(chǎn)最新的3D小芯片堆棧技術(shù)SoIC（系統(tǒng)集成芯片），目前規(guī)劃采用SoIC搭配InFO的封裝方案，預(yù)計用在MacBook，最快2025-2026年間有機會看到終端產(chǎn)品問世。

臺積電SoIC是業(yè)界第一個高密度3D小芯片堆棧技術(shù)，通過Chip on Wafer（CoW）封裝技術(shù)，可以將不同尺寸、功能、節(jié)點的晶粒進行異質(zhì)集成，并于竹南六廠（AP6）進入量產(chǎn)。其中，AMD是首發(fā)客戶，其最新的MI300即以SoIC搭配CoWoS。

業(yè)界人士表示，不同于AMD，蘋果規(guī)劃采用SoIC搭配InFO的解決方案，主要是基于產(chǎn)品設(shè)計、定位、成本等綜合考量。若未來SoIC順利導(dǎo)入大宗消費性電子產(chǎn)品，有望創(chuàng)造更多需求及量能，并大幅提升其他大客戶的導(dǎo)入意愿。目前SoIC技術(shù)還剛起步，月產(chǎn)能近2,000片，預(yù)期未來幾年將持續(xù)翻倍增長。


什么是SoIC技術(shù)？

2018年4月的美國加州圣塔克拉拉第二十四屆年度技術(shù)研討會上，臺積電首度對外界公布了創(chuàng)新的系統(tǒng)整合單芯片(SoIC)多芯片3D堆疊技術(shù)。

據(jù)介紹，SoIC是一種創(chuàng)新的多芯片堆疊技術(shù)，是一種晶圓對晶圓的鍵合技術(shù)，SoIC是基于臺積電的CoWoS與多晶圓堆疊(WoW)封裝技術(shù)開發(fā)的新一代創(chuàng)新封裝技術(shù)，這標志著臺積電已具備直接為客戶生產(chǎn)3D IC的能力。

根據(jù)臺積電官方介紹，SoIC服務(wù)平臺提供創(chuàng)新的前段3D芯片間堆疊技術(shù)，用于重新集成從片上系統(tǒng)（SoC）劃分的小芯片，最終的集成芯片在系統(tǒng)性能方面優(yōu)于原始SoC，并且它還提供了集成其他系統(tǒng)功能的靈活性。相較2.5D封裝方案，SoIC的凸塊密度更高，傳輸速度更快，功耗更低。

臺積電指出，SoIC服務(wù)平臺可滿足云，網(wǎng)絡(luò)和邊緣應(yīng)用中不斷增長的計算，帶寬和延遲要求。它支持CoW和WoW方案，而這兩種方案在混合和匹配不同的芯片功能、尺寸和技術(shù)節(jié)點時提供了出色的設(shè)計靈活性。

2020年，臺積電宣布將其2.5D和3D封裝產(chǎn)品合并為一個全面的品牌3DFabric，進一步將制程工藝和封裝技術(shù)深度整合，以加強競爭力。

3DFabric平臺由SoIC(系統(tǒng)整合芯片)、InFO(整合型扇出封裝技術(shù))、CoWoS(基板上芯片封裝)所組成，提供業(yè)界最完整且最多用途的解決方案，用于整合邏輯小芯片技術(shù)(Chiplet)、HBM、特殊制程芯片，實現(xiàn)更多創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計。


為什么是3D封裝？

3D封裝的最大好處之一是縮短距離?！澳憧梢蕴岢鲆粋€論點，即存在二的平方根效應(yīng)，”Synopsys的Aitken說?！霸谛盘杺鬏斶^程中會產(chǎn)生大量熱量，”EV Group的Uhrmann說。對于CMOS，你充電和放電是為了存儲，然后傳遞信息?？s小和堆疊芯片將使您能夠使其更小，因此可以在第三維度傳遞信息。但你可能只有3D的緩沖區(qū)，而不是大型PHY和通信協(xié)議。

尺寸有兩個優(yōu)勢——產(chǎn)量和占地面積?！凹僭O(shè)在多個芯片上分布相似數(shù)量的邏輯芯片，較小對象的產(chǎn)量將高于一個較大對象的產(chǎn)量，”Aitken說。因此，你可以降低一定程度的成本。當然，你正在增加其他成本，但隨著時間的推移，這些成本會下降。

從 2D 封裝的角度來看，堆疊芯片可以顯著減少面積?！巴ㄟ^堆疊，我可以在同一區(qū)域內(nèi)獲得三倍的邏輯量，”西門子的Mastroianni說。你最終會得到更多的邏輯。因此，您可以在該區(qū)域安裝更大的馬力，如果您有區(qū)域限制，則可能會降低系統(tǒng)成本。

異質(zhì)性可能是另一個好處?！爱悩?gòu)技術(shù)架構(gòu)已經(jīng)成熟，可以進行3D集成，”Lightelligence工程副總裁Maurice Steinman說?？紤]混合技術(shù)組件，例如光子IC及其配套電子IC。對于其中一些集成，根本沒有其他方法可以提供所需的數(shù)千個芯片到芯片互連，而不會造成大量的功耗或性能犧牲。

混合技術(shù)仍然主要是未知的領(lǐng)域?！叭绻愕脑O(shè)計不適合標線尺寸，那么為了能夠建造更多的邏輯門，你就需要用到3D封裝”Mastroianni說。但肯定有一些情況下，你可能想要混合搭配。也許你有一個真正想要的尖端技術(shù)的計算引擎，但其余的東西有很多控制，你可以在一個不那么激進的流程節(jié)點中做。


國內(nèi)在先進封裝上的進擊

自80年代中期，封裝已經(jīng)成為我國半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而現(xiàn)在先進封裝已經(jīng)成為中國半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)重點。國內(nèi)的長電科技、通富微電以及天水華天都已經(jīng)在先進封裝上進行了布局，不止是傳統(tǒng)的封裝廠，更有一些芯片廠商和新崛起的封裝新勢力正在向先進封裝邁進。

深圳同興達子公司昆山同興達，于2021年10月15日，與昆山日月光簽訂協(xié)議合作“芯片先進封測（Gold Bump）全流程封裝測試項目”。先進封裝技術(shù)在顯示驅(qū)動IC及CIS芯片中有著重要作用。中國大陸Gold Bump封測產(chǎn)能較少，尤其直接面對顯示驅(qū)動IC及CIS芯片的Gold Bump封測產(chǎn)能更是稀缺。

SiP封裝也是國內(nèi)很多企業(yè)在發(fā)力的一大方向。根據(jù)Yole預(yù)測，2025年先進封裝的占比將提升至整體封測行業(yè)的49.4%，其中SiP封裝被市場看好，在2020年到2026年年間，基于覆晶(FC)和打線接合(WB)的SiP市場將以5%的CAGR成長至170 億美元的規(guī)模。同期，嵌入式芯片(Embedded Die，ED) SiP市場則將以25%的CAGR 增加到1.89億美元；扇出型(FO) SiP市場價值預(yù)計以6%的CAGR20-26成長至16億美元。

2021年12月15日，華宇電子集成電路先進封裝測試產(chǎn)業(yè)基地項目三期開工，據(jù)其官微介紹，三期項目總投資10億元，總建筑面積4.50萬平方米，封裝技術(shù)向SiP系統(tǒng)級3D封裝技術(shù)及LGA、BGA先進封裝技術(shù)升級，預(yù)計2022年實現(xiàn)投產(chǎn)。

再就是正在SiP快封領(lǐng)域探索的摩爾精英，據(jù)了解，摩爾精英無錫SiP封測中心，一期總投資5億元，建筑面積1.5萬平。該廠的年規(guī)劃產(chǎn)能超過1億顆，產(chǎn)品包括：FCBGA工程批、SiP設(shè)計和工程批、SiP量產(chǎn)和測試。據(jù)悉，2022年無錫SiP封測中心可生產(chǎn)FC+WB技術(shù)的復(fù)雜SiP產(chǎn)品，同時也可生產(chǎn)FC及WB標準產(chǎn)品。到2023年可生產(chǎn)FC+WB+SMT的產(chǎn)品。2024年，無錫SiP封測中心的目標是開發(fā)AiP技術(shù)，以及進行電磁隔離技術(shù)的SiP設(shè)計和生產(chǎn)。

華為也看好封裝這一環(huán)節(jié)，旗下華為哈勃投資了多家封裝領(lǐng)域的廠商。不僅如此，2021年12月28日，華為還注冊6億元成立華為精密制造有限公司，發(fā)力封裝環(huán)節(jié)。有華為內(nèi)部人士表示，“我們不生產(chǎn)芯片，主要業(yè)務(wù)是華為無線、數(shù)字能源等產(chǎn)品的部分核心器件、模組、部件的精密制造，包括組裝與封測。經(jīng)營范圍中提及的‘半導(dǎo)體分立器件’主要是分立器件的封裝、測試?！?/span>

國內(nèi)還有很多新的封裝項目正如雨后春筍般崛起，例如在2022年1月12日，寧夏儲芯集成電路產(chǎn)業(yè)研發(fā)項目正式投產(chǎn)，2條微組裝生產(chǎn)線和1條多芯片封裝線也正式投產(chǎn)運行。據(jù)悉，該項目總投資4億元人民幣，占地面積50畝，目前投資2億元實施一期工程。一期工程將建設(shè)3條表面貼裝(SMT)生產(chǎn)線和1條集成電路封裝生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)無線熱點過濾模塊、射頻前端模塊、集成射頻開關(guān)和濾波器以及4K超短距LED投影儀，產(chǎn)品主要應(yīng)用于智能手機、平板電腦和車載存儲。


結(jié)語

毫無疑問，現(xiàn)在封裝作為產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，已經(jīng)成為各大廠商發(fā)力的重點。摩爾定律的放緩正在推動根本性的變化。我們正處于先進封裝推動的半導(dǎo)體設(shè)計復(fù)興之中。