鄭志全:新世代封測技術(shù)改變半導(dǎo)體生態(tài)

時間：2012-07-22 08:35:00

關(guān)鍵字：半導(dǎo)體晶片 SIP 臺積電

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[導(dǎo)讀]3D IC技術(shù)為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展指引一條新的道路。隨著行業(yè)內(nèi)強而有力的競爭者一一跨足高階封測，國內(nèi)封測業(yè)正步入一個情勢高度不明朗的階段。【文／鄭志全】封裝測試在半導(dǎo)體生態(tài)鏈當(dāng)中向來是薄弱環(huán)節(jié)

3D IC技術(shù)為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展指引一條新的道路。隨著行業(yè)內(nèi)強而有力的競爭者一一跨足高階封測，國內(nèi)封測業(yè)正步入一個情勢高度不明朗的階段。

【文／鄭志全】

封裝測試在半導(dǎo)體生態(tài)鏈當(dāng)中向來是薄弱環(huán)節(jié)，昂貴的材料支出、機臺設(shè)備，經(jīng)常壓得業(yè)者喘不過氣，以行業(yè)平均約一五～二五％毛利率，實難與ＩＣ設(shè)計、晶圓代工相提并論。但奇特的是，目前全球半導(dǎo)體業(yè)都在積極備戰(zhàn)先進的封裝技術(shù)，追求ＩＣ封裝方式的變革，已經(jīng)成為一股新的潮流，可能為高速行動裝置的發(fā)展帶來新的契機。

在去年第三季臺積電的法說會上，董事長張忠謀發(fā)表了一個名為「COWOS」（Chip on Wafer on Substrate）的全新商業(yè)模式，未來將提供３Ｄ晶片從晶圓制造到封裝測試的整合服務(wù)，臺積電此一舉動，等于宣示跨入高階封測領(lǐng)域。

3D IC崛起

臺積電站出來獨力發(fā)展封測技術(shù)，主要為了因應(yīng)來自客戶的高階制程需求，也讓國內(nèi)的晶圓代工和封測業(yè)，從合作夥伴變成既競爭又合作的關(guān)系；將前后段制程一手包的策略，改變了多年來臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)專業(yè)代工的生產(chǎn)模式。

系統(tǒng)級封裝（SiP；System in Package）則是目前許多消費電子產(chǎn)品普遍使用的封裝方式，在３Ｇ手機世代獲得廣泛應(yīng)用。SiP主要是將多個晶片或封裝元件安裝在基板上，透過基板讓多個晶片封裝體合而為一，來達到縮小體積的目的。

如果在一個SiP的頂部疊上另一個SiP，則稱為PoP層疊封裝（Package on Package）。SiP或PoP封裝技術(shù)滿足了電子產(chǎn)品微型化、多功能和低成本的需求，但是在速度、頻寬上有其極限，而且各個晶片都有獨立的電源需求，不易省電。

SoC與SiP各有所長，在并行發(fā)展多年之后，因為行動裝置的快速流行，正遭遇新的挑戰(zhàn)。目前全球半導(dǎo)體業(yè)開始轉(zhuǎn)向以ＩＣ堆疊的方式，來發(fā)展體積更小、效能更加全面的整合型晶片。擺脫過去二維的設(shè)計模式，3D IC指引了一條新的發(fā)展道路，未來晶片的設(shè)計、制造將朝縱向發(fā)展，并且依賴更先進的封裝技術(shù)來達成。

超越摩爾定律

為了符合快速、高效、輕薄、省電等需求，3D IC一直被業(yè)界寄予厚望，特別是４Ｇ通訊時代追求更快速的資料傳輸和運算處理速度，而以現(xiàn)行采用PoP技術(shù)整合記憶體與邏輯ＩＣ的方式，頻寬可能不足。因此記憶體與邏輯ＩＣ的３Ｄ堆疊制程，被視為未來半導(dǎo)體的殺手級應(yīng)用。

但是邏輯ＩＣ的堆疊制程，發(fā)展不如記憶體來得順利，存在許多技術(shù)上的困難。臺積電資深研發(fā)副總蔣尚義認為，在記憶體領(lǐng)域因為技術(shù)上較容易克服，預(yù)計明年就會看到3D IC的樣品問世，但邏輯ＩＣ恐怕五年內(nèi)都很難看到真正的３Ｄ應(yīng)用。

至于臺積電的「COWOS」技術(shù)平臺，是在晶片和基板中間插入矽中介層的「2.5D」封裝技術(shù)。目前包括賽靈思、超微、輝達、高通、德州儀器、Marvell、Altera等客戶，已經(jīng)積極朝2.5D的設(shè)計方向發(fā)展，而臺積電的COWOS封裝技術(shù)導(dǎo)入二八奈米制程后，預(yù)計在明年會見到初步成效，二○一四年高階封測業(yè)務(wù)可望放量。

客戶結(jié)構(gòu)決定營運強弱

但近年來不斷有專家學(xué)者提出預(yù)警，未來矽技術(shù)的物理特性將逐漸逼近極限，隨著電晶體的數(shù)量越來越多，高溫和泄漏的問題隨之而來，屆時摩爾定律也走到了盡頭。此外，隨著先進制程推進到二○奈米以下，未來晶片生產(chǎn)的制程費用也會貴得嚇人，難以協(xié)助業(yè)者達到商品化的目的。

不過，消費者對于電子產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)的追求，永遠是嚴苛的，目前半導(dǎo)體業(yè)界對于摩爾定律的延續(xù)，多半持正面看法。手機晶片大廠高通認為，未來必須在技術(shù)面采用「More Moore」和「More than Moore」并行發(fā)展，除了依賴傳統(tǒng)的制程不斷微縮，還必須推動SiP和3D IC封裝技術(shù)的高度整合。為了要超越摩爾定律，晶圓代工與封裝廠商必須協(xié)同設(shè)計、整合資源，形成一個虛擬的ＩＤＭ廠。

臺積電的看法也相類似，認為摩爾定律必須和3D IC技術(shù)相輔相成，持續(xù)朝體積小、省電等特性鉆研，那么未來十年內(nèi)制程微縮至七奈米或五奈米都不成問題。

先進技術(shù)各憑本事

矽品以往的營運策略較保守，以ＩＣ設(shè)計業(yè)為主的客戶結(jié)構(gòu)，在過去兩年經(jīng)營十分辛苦，直到去年第四季正式拿下高通手機晶片訂單，才開始積極擴張產(chǎn)能。今年矽品的資本支出為一七五億元，年成長約六成，明后年支出可能更高，中高階封測相關(guān)的設(shè)備投資，會集中在PoP封裝、覆晶封裝等。預(yù)期今年來自高通的貢獻仍然微薄，明年中高階晶片的封測業(yè)務(wù)可望放量。