晶圓代工龍頭臺積電針對先進封裝打造的晶圓級系統(tǒng)整合技術(shù)(WLSI)平臺,透過導線互連間距密度和系統(tǒng)尺寸上持續(xù)升級,發(fā)展出創(chuàng)新的晶圓級封裝技術(shù)系統(tǒng)整合芯片(TSMC-SoIC),除了延續(xù)及整合現(xiàn)有整合型扇出(InFO)及基板上晶圓上芯片封裝(CoWoS)技術(shù),提供延續(xù)摩爾定律機會,并且在系統(tǒng)單芯片(SoC)效能上取得顯著的突破。
臺積電說明,因為擁有最先進制程的晶圓或芯片,以及混合匹配的前段3D和后段3D系統(tǒng)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(chǎn)品。
臺積電打造以3D IC為架構(gòu)的TSMC-SoIC先進晶圓級封裝技術(shù),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(shù),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(xiàn)高速、高頻寬、低功耗、高間距密度、最小占用空間的異質(zhì)3D IC產(chǎn)品。
有別于傳統(tǒng)的封裝技術(shù),TSMC-SoIC是以關(guān)鍵的銅到銅接合結(jié)構(gòu),搭配直通矽晶穿孔(TSV)以實現(xiàn)最先進的3D IC技術(shù)。目前臺積電已完成TSMC-SoIC制程認證,開發(fā)出微米級接合間距(bonding pitch)制程,并獲得極高的電性良率與可靠度數(shù)據(jù),展現(xiàn)了臺積電已準備就緒,具備為任何潛在客戶用TSMC -SoIC生產(chǎn)的能力。臺積電強調(diào),TSMC-SoIC技術(shù)不僅提供延續(xù)摩爾定律的機會,并且在SoC效能上取得顯著的突破。
臺積電持續(xù)加強矽中介層(Si Interposer)與CoWoS布局,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(shù)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,并將小芯片、SoIC、HBM3等新芯片結(jié)構(gòu)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(shù)并通過認證,支援行動應用和HPC應用。臺積電亦開發(fā)出新世代整合式被動元件技術(shù)(IPD),提供高密度電容器和低有效串聯(lián)電感(ESL)以增強電性,并已通過InFO_PoP認證。AI與5G行動應用將受惠于強化的InFO_PoP技術(shù),新世代IPD預計于今年開始進入大量生產(chǎn)。
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(shù)據(jù)機基頻芯片或系統(tǒng)單芯片(SoC)的設(shè)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布局。其中,臺積電針對數(shù)據(jù)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(shù),整合型扇出天線封裝(InFO_AiP)下半年將採用。
由于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(shù)據(jù)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(lián)發(fā)科等都已採用臺積電7納米或5納米量產(chǎn)。
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(shù)因此成為市場顯學。
包括蘋果、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(tǒng)級封裝(SiP)設(shè)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(nèi)建芯片的先進封裝技術(shù),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。
針對5G手機中的應用處理器,臺積電已推出InFO_PoP製程并將處理器及Mobile DRAM封裝成單一芯片。而5G數(shù)據(jù)機基頻芯片因為資料傳輸量大增,臺積電開發(fā)出採用InFO製程的多芯片堆疊MUST封裝技術(shù),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(fā)出3D MiM(MUST in MUST)的多芯片堆疊封裝技術(shù),除了能應用在超高資料量傳輸?shù)幕l芯片,亦能應用在高效能運算(HPC)相關(guān)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(fā)器的晶圓級封裝,但在mmWave所採用的RF FEM模組封裝技術(shù)上,臺積電推出基于InFO製程的InFO_AiP天線封裝技術(shù),相較于覆晶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(shù)的天線模組并搭載在新一代5G旗艦手機中。
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原文標題:臺積電最新封裝技術(shù)升級進展
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