推進(jìn)摩爾定律,臺(tái)積電力推SoIC 3D封裝技術(shù)

自2018年4月始，臺(tái)積電已在眾多技術(shù)論壇或研討會(huì)中揭露創(chuàng)新的SoIC技術(shù)，這個(gè)被譽(yù)為再度狠甩三星在后的秘密武器，究竟是如何厲害?

臺(tái)積電首度對外界公布創(chuàng)新的系統(tǒng)整合單芯片(SoIC)多芯片3D堆疊技術(shù)，是在2018年4月的美國加州圣塔克拉拉(Santa Clara)第二十四屆年度技術(shù)研討會(huì)上。

推進(jìn)摩爾定律臺(tái)積電力推SoIC 3D封裝技術(shù)

隨著先進(jìn)納米制程已逼近物理極限，摩爾定律發(fā)展已難以為繼，無法再靠縮小線寬同時(shí)滿足性能、功耗、面積及訊號(hào)傳輸速度等要求;再加上封裝技術(shù)難以跟上先進(jìn)制程的發(fā)展進(jìn)程，因此三星、臺(tái)積電、英特爾等晶圓代工巨擘紛紛跨足封裝領(lǐng)域，要借重先進(jìn)的封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高性能、更低耗電量、更為小體積、訊號(hào)傳輸速度更快的產(chǎn)品。

甚至，在逐步進(jìn)入后摩爾定律時(shí)代后，晶圓代工大廠的發(fā)展重心，也逐漸從過去追求更先進(jìn)納米制程，轉(zhuǎn)向封裝技術(shù)的創(chuàng)新。而，SoIC就在這樣的前提之下誕生了。

若以臺(tái)積電于2009年正式進(jìn)軍封裝領(lǐng)域估算，SoIC是臺(tái)積電耗費(fèi)十年才磨出的寶劍，被譽(yù)為可再次把三星狠狠甩在后頭、實(shí)現(xiàn)3D IC的高階封裝技術(shù)。

晶圓對晶圓的3D IC技術(shù)

根據(jù)臺(tái)積電在第二十四屆年度技術(shù)研討會(huì)中的說明，SoIC是一種創(chuàng)新的多芯片堆疊技術(shù)，是一種晶圓對晶圓(Wafer-on-wafer)的鍵合(Bonding)技術(shù)，這是一種3D IC制程技術(shù)，可以讓臺(tái)積電具備直接為客戶生產(chǎn)3D IC的能力。

圖二: 臺(tái)積SoIC設(shè)計(jì)架構(gòu)示意。(source: vlsisymposium.org, 制圖:CTIMES)

讓外界大感驚艷的是，SoIC技術(shù)是采用硅穿孔(TSV)技術(shù)，可以達(dá)到無凸起的鍵合結(jié)構(gòu)，可以把很多不同性質(zhì)的臨近芯片整合在一起，而且當(dāng)中最關(guān)鍵、最神秘之處，就在于接合的材料，號(hào)稱是價(jià)值高達(dá)十億美元的機(jī)密材料，因此能直接透過微小的孔隙溝通多層的芯片，達(dá)成在相同的體積增加多倍以上的性能，簡言之，可以持續(xù)維持摩爾定律的優(yōu)勢。

圖三: SoIC的微芯片平面圖。(source: vlsisymposium.org)

據(jù)了解，SoIC是基于臺(tái)積電的CoWoS(Chip on wafer on Substrate)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)，未來將應(yīng)用于十納米及以下的先進(jìn)制程進(jìn)行晶圓級(jí)的鍵合技術(shù)，被視為進(jìn)一步強(qiáng)化臺(tái)積電先進(jìn)納米制程競爭力的利器。2018年10月，臺(tái)積電在第三季法說會(huì)上，已針對萬眾矚目的SoIC技術(shù)給出明確量產(chǎn)時(shí)間，預(yù)期2020年開始挹注臺(tái)積電的營收貢獻(xiàn)，至2021年將會(huì)大量生產(chǎn)，挹注臺(tái)積電更加顯著的營收貢獻(xiàn)。

六月，臺(tái)積電赴日本參加VLSI技術(shù)及電路研討會(huì)發(fā)表技術(shù)論文時(shí)，也針對SoIC技術(shù)揭露論文，論文中表示SoIC解決方案將不同尺寸、制程技術(shù)及材料的裸晶堆疊在一起。相較于傳統(tǒng)使用微凸塊的三維積體電路解決方案，臺(tái)積電的SoIC的凸塊密度與速度高出數(shù)倍，同時(shí)大幅減少功耗。此外，SoIC能夠利用臺(tái)積電的InFO或CoWoS的后端先進(jìn)封裝至技術(shù)來整合其他芯片，打造強(qiáng)大的3D×3D系統(tǒng)級(jí)解決方案。

外界咸認(rèn)，從臺(tái)積電最初提出的2.5版CoWoS技術(shù)，至獨(dú)吃蘋果的武器InFO(整合型扇型封裝)技術(shù)，下一個(gè)稱霸晶圓代工產(chǎn)業(yè)的，就是SoIC技術(shù)。

攤開臺(tái)積電公布的2019年第一季財(cái)報(bào)，10納米及以下納米制程的營收貢獻(xiàn)，已大大超越16納米制程的營收貢獻(xiàn)，凸顯出未來十納米及以下先進(jìn)制程已勢不可當(dāng)。

也因此，2019年，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)大廠，如益華電腦(Cadence)、明導(dǎo)國際(Mentor)、ANSYS皆已相繼推出支援臺(tái)積電SoIC的解決方案，并已通過臺(tái)積電認(rèn)證，準(zhǔn)備迎接SoIC輝煌時(shí)代的來臨。