3D Fabric將釋放下一代創(chuàng)新力量。

作者：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫編輯部

全文引自2022世界半導(dǎo)體大會(huì)臺(tái)積電專(zhuān)場(chǎng)論壇

在世界半導(dǎo)體大會(huì)上，臺(tái)積電資深技術(shù)經(jīng)理鄭茂朋分享了臺(tái)積電目前的先進(jìn)封裝前沿技術(shù)。

臺(tái)積電 3D Fabric 技術(shù)

3D Fabric是臺(tái)積電Chiplet的方案，其分為三大步。

第一步是用先進(jìn)制造，其中重要的是如何去切割，形成標(biāo)準(zhǔn)的集成電路。 第二步是使用wafer level 3D封裝將其變成標(biāo)準(zhǔn)的集成電路。wafer level 3D封裝并非在基板上實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)制造手段實(shí)現(xiàn)。這其實(shí)是Chiplet的典型方案，當(dāng)芯片過(guò)于大時(shí)，需要將其切割成小芯片。臺(tái)積電的SoIC是由三顆chiplet的小方案組成的。

第三步是BE（封裝）2D/2.5D/3D，封裝就是通過(guò)基板的連線(xiàn)結(jié)合起來(lái)。 3D Fabric 在HPC中的應(yīng)用 HPC的高性能運(yùn)算主要指網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品、CPU、GPU以及使用AI的產(chǎn)品，都屬于HPC的范疇。這其中會(huì)用到一些比較大的芯片。正常芯片最大尺寸是800平方毫米，但GPU和AI芯片需要無(wú)線(xiàn)增大時(shí)，就需要切割。 在HPC中，臺(tái)積電會(huì)用到3D Chip Stacking。這其中包括兩種方式，一種方式是 Chip on wafer，就是將切割后的Chip直接放在晶圓上；另一種方式是wafer on wafer，就是直接將晶圓和晶圓對(duì)接。完成這一階段后，臺(tái)積電將進(jìn)行3D封裝。 臺(tái)積電的3D封裝有很多種類(lèi)。第一種，如果是高密度的互連。芯片需要和基板相連則會(huì)使用silicon imterposer，直接使用晶圓作為中介層，進(jìn)行高密度的連接。第二種，如果兩個(gè)Die之間并非高密度互連，可能使用CoWoS-R或者InFo-2D的RDL。第三種，CoWoS-L處于以上兩種情況中間，在Die和Die之間高密度互聯(lián)區(qū)域中存在一個(gè)Local silicon。 臺(tái)積電的SoIC封裝方式，主要提供高密度互連。一種方式是chipon wafer,也就是logic與logic之間通過(guò)一個(gè)bonding直接連接，這其中尺寸可以達(dá)到9微米。另外一種wafer on wafer，也是提供了最小9個(gè)micron。目前，甚至在一些攝像頭上，臺(tái)積電已經(jīng)提供了小于1個(gè)micron的bonding尺寸。這種連接方式可以實(shí)現(xiàn)高帶寬、節(jié)省能耗、提高SI/PI性能。

從SoIC目前的技術(shù)指標(biāo)看，在邏輯制程上，臺(tái)積電2022年已經(jīng)達(dá)到3nm節(jié)點(diǎn)。 SoIC-CoW可以做到Top Die和Bondom Die達(dá)到7nm，bondingpitch達(dá)到9個(gè)micron，未來(lái)的技術(shù)指標(biāo)將做到5nm和5nm的堆疊，6 micron的尺寸。 SoIC-WoW，達(dá)到7nm、0.13DTC。AMD發(fā)布的EPYC Processor中，將最占面積的緩存進(jìn)行了3層的堆疊。 其他的封裝方案還有，CoWoS和InFo。 CoWoS方案上，臺(tái)積電推出了三種方式，CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L。CoWoS-S是CoWoS中臺(tái)積電能夠提供的最成熟技術(shù)，已經(jīng)有11年的研究經(jīng)驗(yàn)。另外，一些低成本的方案可以使用CoWoS-R，也即不使用晶圓的制造，而是通過(guò)有機(jī)物的RDL制造。

InFo方案上，臺(tái)積電推出了兩種方式，InFO-oS、InFO-M。InFo方案與大多數(shù)封裝廠(chǎng)的Fan-Out類(lèi)似，主要區(qū)別在于去掉了silicon imterposer，使用一些RDL層進(jìn)行串連。

3D Fabric在手機(jī)應(yīng)用

InFO-POP在2016年應(yīng)用于手機(jī)產(chǎn)品，出貨量達(dá)到1.2億。現(xiàn)在，InFO-POP達(dá)到了4%的提升，并且其中的silicon較薄，更適用于手機(jī)。 蘋(píng)果A系列的chip大概在100平方毫米，安卓也基本在120平方毫米，如果芯片需要的功能越來(lái)越多，相應(yīng)芯片會(huì)越來(lái)越大。臺(tái)積電對(duì)此的應(yīng)對(duì)方式是使用InFO-3D，將一顆芯片拆分為SoC 1和SoC 2，通過(guò)封裝的形式堆疊，做成相同性能的一顆芯片，使得芯片尺寸明顯變小。 3D Fabric的制造及生態(tài)鏈 目前，臺(tái)積電已經(jīng)建成了全球第一個(gè)全自動(dòng)化3D Fabric工廠(chǎng)，可以提供：SoIC、CoWoS、InFO、先進(jìn)測(cè)試的服務(wù)。

3D Fabric仍然面臨著很大挑戰(zhàn)，對(duì)此臺(tái)積電也在努力推動(dòng)工業(yè)的生態(tài)鏈建設(shè)，包括基板、存儲(chǔ)、散熱、封裝材料、設(shè)備的合作協(xié)同。

基板的尺寸大多停留在70*70mm的尺寸，但隨著芯片的逐漸增大，需要的基板尺寸也更大。如何驅(qū)動(dòng)基板廠(chǎng)商與臺(tái)積電一起進(jìn)一步改進(jìn)，是其中一個(gè)問(wèn)題。 在HPC方面，臺(tái)積電將與HBM供應(yīng)商密切合作，定義和調(diào)整HBM3規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)與CoWoS技術(shù)的強(qiáng)大工藝集成。 在手機(jī)方面，將InFo-POP兼容性從定制擴(kuò)展到主流LPDDR，實(shí)現(xiàn)InFO-B工藝與LPDDR組件的集成。 3D Fabric將釋放下一代創(chuàng)新力量。

編輯：黃飛