被“誤解”的先進(jìn)封裝 中國(guó)才剛剛起步_互聯(lián)網(wǎng)
導(dǎo)語(yǔ)：先進(jìn)封裝不是摩爾定律失效的救世主，也并非與先進(jìn)工藝互斥的新技術(shù)路徑，其本質(zhì)意義是挖掘芯片制造過(guò)程中的潛能，將傳統(tǒng)封裝中被延緩的數(shù)據(jù)傳輸速度和被損耗的大量功耗，通過(guò)技術(shù)和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新極大程度的找回。
先進(jìn)封裝不是摩爾定律失效的救世主，也并非與先進(jìn)工藝互斥的新技術(shù)路徑，其本質(zhì)意義是挖掘芯片制造過(guò)程中的潛能，將傳統(tǒng)封裝中被延緩的數(shù)據(jù)傳輸速度和被損耗的大量功耗，通過(guò)技術(shù)和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新極大程度的找回。
與前道先進(jìn)工藝不斷迭代類(lèi)似，“先進(jìn)封裝”其實(shí)也是一個(gè)模糊和長(zhǎng)期變化的概念，每個(gè)時(shí)代的“先進(jìn)封裝”都意味著一次技術(shù)體系革新。例如，過(guò)去DIP、SOP、TSOP、QFP、LQFP等技術(shù)被看作傳統(tǒng)封裝時(shí)，BGA、CSP、FC、MCM(MCP)等技術(shù)就會(huì)被稱為“先進(jìn)封裝”。
而時(shí)下被廣泛提及的“先進(jìn)封裝”，實(shí)際是一次平面封裝向2.5D/3D堆疊異構(gòu)集成封裝技術(shù)的升級(jí)躍遷。
緣起臺(tái)積
如今的“先進(jìn)封裝”概念并非由封裝廠提出，其最早誕生于2009年的臺(tái)積電。當(dāng)時(shí)臺(tái)積電團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)封裝基板上的引線線寬超過(guò)50μm，隨著邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸量越來(lái)越大，高線寬會(huì)導(dǎo)致整顆芯片約40%的傳輸速度和60%的功耗被白白浪費(fèi)。
而假如用硅中介層來(lái)替代傳統(tǒng)基板，將邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片等堆疊封裝，引線線寬能夠縮小至0.4μm以內(nèi)，被損耗的大部分傳輸速度和功耗都能被重新找回。
一位業(yè)內(nèi)人士告訴集微網(wǎng)，該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人與當(dāng)時(shí)臺(tái)積電的董事長(zhǎng)張忠謀針對(duì)先進(jìn)封裝項(xiàng)目?jī)H溝通了1小時(shí)左右，后者便給予了400人團(tuán)隊(duì)布建和1億美元資本投入的承諾。基于使用硅中介層的3D堆疊，臺(tái)積電于2012年推出了CoWoS封裝技術(shù)，但由于成本較高而難以推廣。隨后又推出了主要針對(duì)手機(jī)芯片的InFO封裝技術(shù)，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(jìn)封裝解決方案，不僅為臺(tái)積電的先進(jìn)工藝之虎插上雙翼，還幫助其與越來(lái)越多的客戶深度綁定。其中，臺(tái)積電先進(jìn)封裝技術(shù)最著名的一“戰(zhàn)”便是吃光三星的蘋(píng)果A系列處理器代工訂單。
早在2015年時(shí)，蘋(píng)果的A9處理器還分別交由三星的14nm和臺(tái)積電的16nm代工。而一年之后，臺(tái)積電竟在沿用16nm工藝的前提下包攬了蘋(píng)果A10處理器的所有代工訂單。從分庭抗禮到獨(dú)霸天下，只因臺(tái)積電在A10芯片上全面啟用了自研的InFO FOWLP封裝技術(shù)，在邏輯工藝并沒(méi)有升級(jí)迭代的情況下，A10芯片仍然實(shí)現(xiàn)了40%的性能提升，并延長(zhǎng)iPhone的待機(jī)時(shí)間。
2016年至今，臺(tái)積電先進(jìn)工藝不斷下探的同時(shí)，先進(jìn)封裝技術(shù)也在不斷升級(jí)，兩者的相輔相成讓蘋(píng)果、AMD、英偉達(dá)等國(guó)際巨頭都與臺(tái)積電形成了長(zhǎng)期的深度綁定。
一步步坐實(shí)晶圓制造龍頭身份，臺(tái)積電的一舉一動(dòng)顯然會(huì)牽扯著各方神經(jīng)，唯二能與之抗衡的Intel和三星也在晶圓制造后道的先進(jìn)封裝領(lǐng)域展開(kāi)大規(guī)模投資布局。
誰(shuí)是主力？
臺(tái)積電下場(chǎng)發(fā)力封裝業(yè)務(wù)，三星跟進(jìn)的X-Cube技術(shù)步步為營(yíng)，Intel基于先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)行架構(gòu)變革，晶圓廠整齊的步伐彰顯出了芯片制造商對(duì)于性能和功耗的極致追求，同時(shí)也讓傳統(tǒng)封裝廠陷入尷尬境地。
圖源：三星X-Cube技術(shù)
究竟是封測(cè)廠拿不動(dòng)“刀”了，還是晶圓廠要求太高了呢？其背后還與先進(jìn)封裝本身的技術(shù)特征有關(guān)。
從技術(shù)角度來(lái)看，傳統(tǒng)封裝中的各類(lèi)芯片都是水平互聯(lián)，而先進(jìn)封裝中芯片堆疊后的互聯(lián)，以及芯片向下連接基板時(shí)，都需要一種垂直互聯(lián)的方式來(lái)提高系統(tǒng)的整合度和效能。目前， 業(yè)界主要依靠TSV（硅通孔）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
TSV技術(shù)通過(guò)在硅中介層上以蝕刻或激光的方式鉆孔，再以導(dǎo)電材料如銅、多晶硅、鎢等物質(zhì)填滿，堆疊的芯片便能通過(guò)被填充的硅通道實(shí)現(xiàn)垂直互聯(lián)。與以往的IC封裝鍵合和使用凸點(diǎn)的疊加技術(shù)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(xiàn)有的先進(jìn)封裝方案中，不論是臺(tái)積電的CoWoS，還是Intel的Foveros 3D技術(shù)、三星的X-Cube技術(shù)，都需要用到TSV技術(shù)。
正是因?yàn)門(mén)SV技術(shù)對(duì)于時(shí)下的先進(jìn)封裝各類(lèi)體系不可或缺，加之晶圓廠在硅中介層制造上具有先天優(yōu)勢(shì)，因此主流晶圓廠的封裝事業(yè)部紛至沓來(lái)。
“由于技術(shù)和結(jié)構(gòu)的特殊性，先進(jìn)封裝既需要晶圓制造工序，又需要常規(guī)封裝工序，這也意味著無(wú)論是晶圓廠還是封裝廠，要想進(jìn)軍先進(jìn)封裝事業(yè)就需要補(bǔ)充學(xué)習(xí)對(duì)方的長(zhǎng)處?！币晃幌冗M(jìn)封裝領(lǐng)域資深人士告訴集微網(wǎng)，“而由于晶圓制造業(yè)所涉及的學(xué)科數(shù)量、工藝工程的復(fù)雜程度都遠(yuǎn)高于封裝業(yè)，因此晶圓制造廠學(xué)習(xí)封裝的技術(shù)難度，遠(yuǎn)低于封裝廠學(xué)習(xí)晶圓制造的技術(shù)難度。”