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異質整合 成下一個戰場
台積電、愛普準備好了

吳禹潼 文章摘錄自第2072期

半導體產業的發展趨勢,一直以來都是科技業眾所矚目的焦點,其中,異質晶片整合的崛起,宣告半導體產業將進入全新世代。

半導體晶片整合一直以來都是半導體後段封裝廠著重努力發展的重點之一,但是,先前因為受限於異質晶片整合(Heterogeneous Integration)的製程存在著不小的差異,兩者整合起來的良率也偏低,再加上過去封裝廠多半採取分工模式,以致製程多集中於同質晶片整合為主,例如邏輯元件的射頻、基頻、網通等晶片的整合;簡單來說,半導體封裝廠在同質晶片整合的布局,可以說是相當成熟。

高階製程益趨精密

不過,隨著晶圓代工產業逐漸邁向高階製程,且製程越來越精密,尤其進入七奈米之後,能夠整合的項目就比以往更加多元,包括了記憶體、影像感測器、電源管理和微機電元件等等在內。但是,一旦整合的項目增加,相關製程的複雜度與難度也就隨之大幅提升,不過,為了滿足系統廠的相關要求,提供異質晶片整合製程的整體解決方案,確實還是成為整個半導體產業未來的發展趨勢,而綜觀現在所有一線的半導體業者,包括:台積電(2330)、三星(Samsung)、英特爾(Intel)在內,都致力於異質晶片整合製程的發展。

工研院產業科技國際策略發展所研究總監楊瑞臨就明確指出,為了因應5G手機對晶片更加輕薄短小的要求,異質晶片整合製程的需求將會大幅提升,未來也將成為半導體相關業者的下一個戰場。

他也進一步解釋,所謂異質晶片整合製程,就是將各種不同小晶片(Chiplet)包括了記憶體及邏輯晶片等,透過先進封裝製程緊密集合在一起。隨著先進製程的不斷發展,原先傳統的2D封裝已經無法達到相關的需求,於是晶片廠商逐漸轉向3D IC,如WoW(Wafer-on-Wafer)、甚至CoW(Chip-on-Wafer)等的技術研發,而這種新型態的3D堆疊晶片製程技術就替異質晶片整合帶來了更多發展的想像空間。

若是從目前廠商的布局來看,從專門委外的封測代工廠(OSAT)到晶圓代工廠,針對布局異質整合封裝技術,確實都是磨刀霍霍,封測廠主要布局SiP on Substrate、低密度扇出型晶圓級封裝(FOWLP)以及高密度晶圓級封裝等,同時,也有封測廠布局2.5D IC;而晶圓代工廠則是主要布局高密度晶圓級封裝、2.5D Interposer和3D IC等等。

台積電布局封裝有成

確實,為達到使晶片變得更加輕薄短小,半導體產業未來也將會面臨更多需要系統單晶片整合的挑戰,同時,也會衍生出系統封裝(System in Package)的相關商機,在異質晶片整合製程需求大幅增加的前提之下,先進製程的封裝技術也就更為重要。

過去只將目光專注在晶圓代工業務的台積電,○九年起,開始跨入封裝領域,結合先進製程的晶圓代工,以提供客戶從前段晶圓代工到後段封測的一條龍統包服務。目前台積電已經量產的兩大封裝技術分別是InFO(整合扇出型封裝)及CoWoS(基板上晶圓上晶片封裝)。

深入來看,InFO封裝技術其實就是FOWLP(Fan-Out Wafer level Package),該技術是由德國英飛凌(Infineon)於○八年所提出的扇出型晶圓級封裝,主要特色就是不需要再用到IC基板,因此,可以大幅降低晶片的厚度,但當初因為製程良率始終無法提升的問題,導致當時的FOWLP技術在被提出之後,並未獲得相關半導體廠商的大量採用。直到台積電以FOWLP技術為基礎加以改良,並於一五年提出整合扇出型封裝(Integrated Fan-out, InFO)技術,將十六奈米的邏輯SoC晶片和DRAM晶片做整合,由於該技術可達到功耗較低的效果,同時又能強調散熱,並且可以符合體積小、高頻寬的應用,因此特別適合用在智慧型手機、平板電腦和物聯網晶片之上,而台積電也於一六年起正式量產。

回過頭來看,台積電近幾年來已成功量產2.5D先進封裝製程,提供客戶一系列整合扇出型(InFO)晶圓級封裝技術,並針對高效能運算(HPC)晶片提供(CoWoS)封裝製程,可說是宣告著半導體業已經進入下一個全新世代。

韌體IP扮演重要角色

另外,根據台積電的初步估計,未來隨著先進製程的占比持續擴大,其先進製程封裝的占比也就會跟著大幅提升,樂觀預估,未來光是先進製程封裝部分的單季營收有望突破一億美元大關。據半導體業界指出,基頻處理晶片需搭配動態隨機存取記憶體(DRAM)的裸片,並透過台積電InFO封裝技術更能達到應有的效能,而在基頻處理晶片與DRAM的訊息傳輸的韌體IP,也是該解決方案當中不容忽視的商機。

據市場傳言,目前各大邏輯片廠皆積極地往更高階晶片的研發邁進,而愛普(6531)所擁有的基頻處理晶片與DRAM的訊息傳輸的韌體IP,將在這之中扮演十分重要的角色,也對愛普未來的營運將帶來相當大的挹注。

除此之外,愛普在記憶體設計服務及技術授權業務已經成功獲得人工智慧、高效運算等客戶採用,因此,法人看好,愛普二○二○年業績將優於一九年,且後市更是值得期待。同時,據傳言,身為台積電旗下IP設計廠商的創意(3443),與愛普有相當大的機會在未來進行IP授權的合作,此塊發展也有望成為二○二○年的成長動能,值得留意。