晶圆代工龙头台积电针对先进封装打造的晶圆级系统整合技术(wlsi)平台,透过导线互连间距密度和系统尺寸上持续升级,发展出创新的晶圆级封装技术系统整合芯片(tsmc-soic),除了延续及整合现有整合型扇出(info)及基板上晶圆上芯片封装(cowos)技术,提供延续摩尔定律机会,并且在系统单芯片(soc)效能上取得显著的突破。
台积电说明,因为拥有最先进制程的晶圆或芯片,以及混合匹配的前段3d和后段3d系统整合,客户可以利用台积电独特的从晶圆到封装的整合式服务,来打造具差异化的产品。
台积电打造以3d ic为架构的tsmc-soic先进晶圆级封装技术,能将多个小芯片(chiplet)整合成一个面积更小与轮廓更薄的soc,透过此项技术,7纳米、5纳米、甚至3纳米的先进soc能够与多阶层、多功能芯片整合,可实现高速、高频宽、低功耗、高间距密度、最小占用空间的异质3d ic产品。
有别于传统的封装技术,tsmc-soic是以关键的铜到铜接合结构,搭配直通矽晶穿孔(tsv)以实现最先进的3d ic技术。目前台积电已完成tsmc-soic制程认证,开发出微米级接合间距(bonding pitch)制程,并获得极高的电性良率与可靠度数据,展现了台积电已准备就绪,具备为任何潜在客户用tsmc -soic生产的能力。台积电强调,tsmc-soic技术不仅提供延续摩尔定律的机会,并且在soc效能上取得显著的突破。
台积电持续加强矽中介层(si interposer)与cowos布局,以因应人工智慧及高效能运算市场快速成长。台积电第四代cowos技术已可容纳单个全光罩(full-reticle)尺寸的soc和多达6个3d高频宽记忆体(hbm)堆叠,第五代cowos与博通等客户合作推出2倍光罩尺寸,并将小芯片、soic、hbm3等新芯片结构整合。
台积电已完成第五代info_pop(整合型扇出层叠封装)及第二代info_os(整合型扇出暨基板封装)技术并通过认证,支援行动应用和hpc应用。台积电亦开发出新世代整合式被动元件技术(ipd),提供高密度电容器和低有效串联电感(esl)以增强电性,并已通过info_pop认证。ai与5g行动应用将受惠于强化的info_pop技术,新世代ipd预计于今年开始进入大量生产。
5g封装先出击
5g智能手机同步支援sub-6ghz及mmwave(毫米波)等多频段,数据机基频芯片或系统单芯片(soc)的设计及功能更为複杂,晶圆代工龙头台积电除了提供7纳米及5纳米等先进製程晶圆代工,也进一步完成5g手机芯片先进封装供应链布局。其中,台积电针对数据机基频芯片推出可整合记忆体的多芯片堆叠(multi-stacking,must)封装技术,整合型扇出天线封装(info_aip)下半年将採用。
由于5g同步支援多频段、高速资料传输速率、大容量资料上下载等特性,加上5g终端装置亦加入了边缘运算功能,所以5g智能手机搭载的应用处理器、数据机或soc等5g手机芯片,都需要导入7纳米或5纳米等先进製程,才能在提升运算效能的同时也能有效降低芯片功耗。因此,包括苹果、高通、联发科等都已採用台积电7纳米或5纳米量产。
但在5g芯片运算效能大跃进的同时,核心逻辑芯片需要更大容量及更高频宽的记忆体支援,射频前端模组(rf fem)也需要搭载更多功率放大器(pa)或低噪放大器(lna)元件,可以解决芯片整合问题的先进封装技术因此成为市场显学。
包括苹果、三星等一线大厂今年所打造的5g智能手机,均大量导入系统级封装(sip)设计来降低功耗及达到轻薄短小目标,台积电因此推出5g智能手机内建芯片的先进封装技术,以期在争取晶圆代工订单之际,也能透过搭载先进封装製程而提高客户订单的黏著度。
针对5g手机中的应用处理器,台积电已推出info_pop製程并将处理器及mobile dram封装成单一芯片。而5g数据机基频芯片因为资料传输量大增,台积电开发出採用info製程的多芯片堆叠must封装技术,同样能将基频芯片及记忆体整合封装成单一芯片,而台积电也由此开发出3d mim(must in must)的多芯片堆叠封装技术,除了能应用在超高资料量传输的基频芯片,亦能应用在高效能运算(hpc)相关芯片封装,将单颗soc与16颗记忆体整合堆叠在同一芯片。
再者,台积电info製程可提供射频元件或射频收发器的晶圆级封装,但在mmwave所採用的rf fem模组封装技术上,台积电推出基于info製程的info_aip天线封装技术,相较于覆晶aip封装可明显缩小芯片尺寸及减少厚度。苹果iphone 12搭载天线虽然没有採用台积电info_aip製程,但华为海思有机会在下半年出首款採用台积电info_aip技术的天线模组并搭载在新一代5g旗舰手机中。
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