台积电(TSM.US)封装技术再升级，将多个小芯片整合成一个更小、更薄的SoC

本文来自 微信公众号“半导体行业观察”。
晶圆代工龙头台积电(TSM.US)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)的设计及功能更为复杂，晶圆代工龙头台积电除了提供7纳米及5纳米等先进制程晶圆代工，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)下半年将获华为海思采用。　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纳米等先进制程，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(AAPL.US)、高通(QCOM.US)、联发科、华为海思等都已采用台积电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、华为、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制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制程并将处理器及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，台积电开发出采用InFO制程的多芯片堆叠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制程可提供射频元件或射频收发器的晶圆级封装，但在mmWave所采用的RF
FEM模组封装技术上，台积电推出基于InFO制程的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搭载天线虽然没有采用台积电InFO_AiP制程，但华为海思有机会在下半年出首款采用台积电InFO_AiP技术的天线模组并搭载在新一代5G旗舰手机中。(编辑：张金亮)