先進封裝已經成為一項必要的技術

2020-08-24

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「先進封裝已經成為一項必要的技術,也是與傳統IC封裝截然不同的生意。」台積電董事長劉德音日前公開說明,未來台積電先進製程摩爾定律將在2D層面持續前進,而異質整合部分,就必須仰賴先進封裝3D層面的輔助,而2019年,先進封裝的營收貢獻,將來到接近30億美元水準。

   

而熟悉台積電先進封裝人士直言,台積所提出、較CoWoS、InFO等晶圓級封裝更為前段的「SoIC」(System-On-Integrated-Chips),將正式開啟未來半導體走向3D IC的世界觀,將進一步推動台積電從IC Foundry成為System Foundry的腳步,更擁抱來自Fabless、整合元件廠(IDM)、系統廠、甚至網路公司自行設計晶片的各類訂單。

   

而將與5G通信世代智慧型手機一同爆發的車用C-V2X通訊趨勢、各類從資料中心、邊緣運算端竄出的高效運算(HPC)需求,更多智慧化的微機電(MEMS)感測器,追求異質整合、高效能,又在某些應用需要兼顧輕薄短小設計、良好散熱能力、降低IP成本等,將是台積電WLSI(Wafer-Level-System-Integration)平台助攻先進製程的最大利基所在。

   

事實上,全球電子產業界所談及5G、AI、車用電子等中長期商機,對於台積電某層面來說,其實就是同一件事情。「台積電未來發展的策略,其一就是異質整合的先進封裝,與摩爾定律持續進行的先進製程,相輔相成。」

   

熟悉台積電先進封裝人士透露,2020年SoIC量產計畫,並不會因為2019年短暫遭受的景氣逆風影響,將持續追求更多功能的異質整合,將走向立體、多層、更前端的封裝,協助客戶把摩爾定律微縮物理極限的痛點解開。

   

相關業者表示,包括了整合了邏輯IC與記憶體、不同奈米製程晶片如10奈米的I/O元件搭配7奈米的核心晶片等,而根植於Wafer-on-Wafer、Chip-on-Wafer 3D堆疊概念的SoIC製程更為前段,也不會與台積電的CoWoS、InFO既有晶圓級封裝技術等有所競爭,反而能夠是共同提供國際一線客戶最高效能、最優異性價比的整體解決方案。

   

事實上,台積電跨足先進封測的布局動作,外界也常把與專業委外封測代工(OSAT)大廠如日月光、矽品之間的競爭相提並論,不過,台積電內部認為在3D IC先進封裝的主要對手,仍是英特爾(Intel)與三星電子(Samsung Electronics)。

   

熟悉先進封測業者認為,基本上儘管是先進製程如10奈米、7奈米的晶片,採用覆晶封裝(Flip-chip)的量能需求仍然非常龐大,OSAT廠具有成本效益、經濟規模等優勢,但在高階晶圓級封裝領域,台積電投入的研發動能、成本、技術領先的程度已經是全球龍頭等級,後進者事實上必須花非常多氣力才能趕上,目前OSAT廠在晶圓級扇出封裝(FOWLP)部分,RDL佈層也仍相對少,不容易進入極高階晶片領域。

   

熟悉先進封測業者表示,三星電子旗下子公司三星電機的面板級扇出型封裝(FOPLP),目前不容易跨入高階應用處理器(AP)領域,三星也反過來欲從晶圓級扇出型封裝回擊台積電,但腳步已然落後。

英特爾於2018年底發表的3D封裝「Foveros」,熟悉先進封裝業者解讀,當然也代表英特爾看到了3D晶圓堆疊的契機,不過,事實上已經有晶片客戶反應,英特爾的3D IC封裝技術相對傳統,散熱挑戰大,目前也僅能限於少數特殊應用,也就像是縮小版的CoWoS,而這在台積電先進封裝技術的進展中,早已經是行之有年,而以目前台積的3D IC封裝技術進程來看,pitch已經可逼近4um,晶片density上,可望有百倍以上的差距。

據了解,台積電除了在應用於核心等級HPC晶片、網通(Networking)、網路交換器(Switch)晶片的2019年第4代、2020年第5代CoWoS封裝技術如期進展外,在InFO衍生技術的InFO_oS、InFO_MS,也將導入各類HPC晶片應用中,各類大、中、小型晶片都可以採用,彈性非常大,逐步導入量產。如5G世代初期基礎建設佈建將是最有量能的領域,高頻特性更使得基地台數量是4G世代的數倍之多,量能成長值得期待。

    

至於InFO_AiP天線封裝,由於5G必須兼顧sub 6GHz與毫米波(mmWave)頻段,雖然需要一段時間醞釀爆發,但是台積技術已然齊備,將全力支持國際大客戶的生意模式與時程。

隨著異質整合的必要性竄出,外界也對台積電、英特爾邁向系統級封裝(SiP)多有討論。事實上,熟悉OSAT業者表示,關於SiP,一直是一個相對模糊的概念,甚至就連蘋果(Apple)高層,也未必能夠清楚定義新世代晶片中所謂的SiP究竟為何。

   

而站在Wafer-Level的先進封裝腳步來看,OSAT廠目前的SiP主要侷限於2D層面的大鍋菜,當然,OSAT握有龐大的經濟規模與成本效益,但是跨足到3D異質整合的SiP概念,先進封裝如SoIC等技術,則已然開拓出一個創新領域,這更是摩爾定律持續推進所衍生出來的新商機。

熟悉先進封測人士坦言,5G對於全球半導體產業來說是個截然不同的世代,將會使得半導體業者必須開創出嶄新的生意模式,如同先前的人工智慧概念,事實上,AI概念在上世紀80年代就已經被提出,但晶片算力一直要到這個世代才得以跟上。

   

5G世代亦是如此。舉凡如高通(Qualcomm)、華為等追求的萬物聯網概念,也要搭配5G、基礎建設、車聯網等全面布局,才能夠發揚光大,5G將是非常重大的機會。

   

台積電先進封裝已經被內部視為是相當「powerful」的重點領域。回顧過往,InFO、CoWoS已經幫助台積拿下如蘋果、NVIDIA、Google、XilinX、AMD等一線大廠先進製程綁定先進封裝的龐大訂單,另外如Qualcomm、華為海思等也是台積電大客戶,台積電發言體系向來不對特定產品與客戶做出公開評論。

   

不過,中長期來看,台積電正一步步從純粹的晶圓代工走向一個系統性、異質整合、高附加價值的半導體製造龍頭,方向已是無庸置疑。