| Siemens C71458-A6402-A1 |
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廈門光沃自動化設備有限公司
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Siemens C71458-A6402-A1 DIGITIMES Research觀察，伴隨CPU、GPU、FPGA等高效能運算（HPC）芯片性能要求持續(xù)提升，覆晶封裝（Flip Chip；FC）、層疊封裝（Package on Package；PoP）等傳統(tǒng)封裝技術(shù)已不敷使用，使2.5D/3D封裝技術(shù)需求逐漸增加，吸引半導體制造業(yè)者積極布局，其中，IDM與晶圓代工業(yè)者2.5D技術(shù)發(fā)展相對委外半導體封測（OSAT）業(yè)者成熟、完整，也具有多年量產(chǎn)經(jīng)驗，3D封裝技術(shù)則將陸續(xù)開花結(jié)果。
HPC芯片所催生的2.5D/3D封裝商機吸引IC制造業(yè)者積極布局，其中，英特爾、三星電子（Samsung Electronic）與臺積電已具成熟的2.5D封裝經(jīng)驗；3D封裝部分，英特爾已量產(chǎn)Foveros技術(shù)，三星與臺積電則將在2021~2022年陸續(xù)量產(chǎn)。日月光、安靠（Amkor）等OSAT業(yè)者雖布局2.5D/3D封裝，但技術(shù)方案仍不若IDM與晶圓代工業(yè)者完整，然逐漸強化中。 2.5D和3D封裝技術(shù)有何異同？ 除了先進制程之外，先進封裝也成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵技術(shù)，像是2.5D、3D等技術(shù)在近年來成為半導體產(chǎn)業(yè)的熱門議題。究竟，先進封裝是如何在延續(xù)摩爾定律上扮演關(guān)鍵角色？而2.5D、3D等封裝技術(shù)又有何特點？ 人工智能（AI）、車聯(lián)網(wǎng)、5G 等應用相繼興起，且皆須使用到高速運算、高速傳輸、低延遲、低耗能的先進功能芯片；然而，隨著運算需求呈倍數(shù)成長，究竟要如何延續(xù)摩爾定律，成為半導體產(chǎn)業(yè)的一大挑戰(zhàn)。 芯片微縮愈加困難，異構(gòu)整合由此而生 換言之，半導體先進制程紛紛邁入了7 納米、5 納米，接著開始朝3 納米和2 納米邁進，電晶體大小也因此不斷接近原子的物理體積限制，電子及物理的限制也讓先進制程的持續(xù)微縮與升級難度越來越高。 也因此，半導體產(chǎn)業(yè)除了持續(xù)發(fā)展先進制程之外，也「山不轉(zhuǎn)路轉(zhuǎn)」地開始找尋其他既能讓芯片維持小體積，同時又保有高效能的方式；而芯片的布局設計，遂成為延續(xù)摩爾定律的新解方，異構(gòu)整合（Heterogeneous Integration Design Architecture System，HIDAS）概念便應運而生，同時成為IC 芯片的創(chuàng)新動能。
▲異構(gòu)整合成為實現(xiàn)小體積、高效能芯片的另一種方式。（Source：SEMI） 所謂的異構(gòu)整合，廣義而言，就是將兩種不同的芯片，例如記憶體＋邏輯芯片、光電＋電子元件等，透過封裝、3D 堆疊等技術(shù)整合在一起。換句話說，將兩種不同制程、不同性質(zhì)的芯片整合在一起，都可稱為是異構(gòu)整合。 因為應用市場更加的多元，每項產(chǎn)品的成本、性能和目標族群都不同，因此所需的異構(gòu)整合技術(shù)也不盡相同，市場分眾化趨勢逐漸浮現(xiàn)。為此，IC 代工、制造及半導體設備業(yè)者紛紛投入異構(gòu)整合發(fā)展，2.5D、3D 封裝、Chiplets 等現(xiàn)今熱門的封裝技術(shù)，便是基于異構(gòu)整合的想法，如雨后春筍般浮現(xiàn)。 2.5D 封裝有效降低芯片生產(chǎn)成本 過往要將芯片整合在一起，大多使用系統(tǒng)單封裝（System in a Package，SiP）技術(shù)，像是PiP（Package in Package）封裝、PoP（Package on Package）封裝等。然而，隨著智能手機、AIoT 等應用，不僅需要更高的性能，還要保持小體積、低功耗，在這樣的情況下，必須想辦法將更多的芯片堆積起來使體積再縮小，因此，目前封裝技術(shù)除了原有的SiP 之外，也紛紛朝向立體封裝技術(shù)發(fā)展。 立體封裝概略來說，意即直接使用矽晶圓制作的「矽中介板」（Silicon interposer），而不使用以往塑膠制作的「導線載板」，將數(shù)個功能不同的芯片，直接封裝成一個具更高效能的芯片。換言之，就是朝著芯片疊高的方式，在矽上面不斷疊加矽芯片，改善制程成本及物理限制，讓摩爾定律得以繼續(xù)實現(xiàn)。 而立體封裝較為人熟知的是2.5D 與3D 封裝，這邊先從2.5D 封裝談起。所謂的2.5D 封裝，主要的概念是將處理器、記憶體或是其他的芯片，并列排在矽中介板（Silicon Interposer）上，先經(jīng)由微凸塊（Micro Bump）連結(jié)，讓矽中介板之內(nèi)金屬線可連接不同芯片的電子訊號；接著再透過矽穿孔（TSV）來連結(jié)下方的金屬凸塊（Solder Bump），再經(jīng)由導線載板連結(jié)外部金屬球，實現(xiàn)芯片、芯片與封裝基板之間更緊密的互連。
▲ 2.5D和3D封裝是熱門的立體封裝技術(shù)。（Source：ANSYS） 目前為人所熟知的2.5D 封裝技術(shù)，不外乎是臺積電的CoWoS。CoWoS 技術(shù)概念，簡單來說是先將半導體芯片（像是處理器、記憶體等），一同放在矽中介層上，再透過Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連接至底層基板上。換言之，也就是先將芯片通過Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連接至矽晶圓，再把CoW 芯片與基板連接，整合成CoWoS；利用這種封裝模式，使得多顆芯片可以封裝到一起，透過Si Interposer 互聯(lián)，達到了封裝體積小，功耗低，引腳少的效果。
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