盡管半導體產業烏云未散，AI仍是被一致看好的未來趨勢，臺積電也為了客戶啟動CoWoS大擴產計劃。近日業界傳出，繼AMD后，蘋果正小量試產最新的3D小芯片堆棧技術SoIC（系統集成芯片），目前規劃采用SoIC搭配InFO的封裝方案，預計用在MacBook，最快2025-2026年間有機會看到終端產品問世。

臺積電SoIC是業界第一個高密度3D小芯片堆棧技術，通過Chip on Wafer（CoW）封裝技術，可以將不同尺寸、功能、節點的晶粒進行異質集成，并于竹南六廠（AP6）進入量產。其中，AMD是首發客戶，其最新的MI300即以SoIC搭配CoWoS。

業界人士表示，不同于AMD，蘋果規劃采用SoIC搭配InFO的解決方案，主要是基于產品設計、定位、成本等綜合考量。若未來SoIC順利導入大宗消費性電子產品，有望創造更多需求及量能，并大幅提升其他大客戶的導入意愿。目前SoIC技術還剛起步，月產能近2,000片，預期未來幾年將持續翻倍增長。


什么是SoIC技術？

2018年4月的美國加州圣塔克拉拉第二十四屆年度技術研討會上，臺積電首度對外界公布了創新的系統整合單芯片(SoIC)多芯片3D堆疊技術。

據介紹，SoIC是一種創新的多芯片堆疊技術，是一種晶圓對晶圓的鍵合技術，SoIC是基于臺積電的CoWoS與多晶圓堆疊(WoW)封裝技術開發的新一代創新封裝技術，這標志著臺積電已具備直接為客戶生產3D IC的能力。

根據臺積電官方介紹，SoIC服務平臺提供創新的前段3D芯片間堆疊技術，用于重新集成從片上系統（SoC）劃分的小芯片，最終的集成芯片在系統性能方面優于原始SoC，并且它還提供了集成其他系統功能的靈活性。相較2.5D封裝方案，SoIC的凸塊密度更高，傳輸速度更快，功耗更低。

臺積電指出，SoIC服務平臺可滿足云，網絡和邊緣應用中不斷增長的計算，帶寬和延遲要求。它支持CoW和WoW方案，而這兩種方案在混合和匹配不同的芯片功能、尺寸和技術節點時提供了出色的設計靈活性。

2020年，臺積電宣布將其2.5D和3D封裝產品合并為一個全面的品牌3DFabric，進一步將制程工藝和封裝技術深度整合，以加強競爭力。

3DFabric平臺由SoIC(系統整合芯片)、InFO(整合型扇出封裝技術)、CoWoS(基板上芯片封裝)所組成，提供業界最完整且最多用途的解決方案，用于整合邏輯小芯片技術(Chiplet)、HBM、特殊制程芯片，實現更多創新產品設計。


為什么是3D封裝？

3D封裝的最大好處之一是縮短距離。“你可以提出一個論點，即存在二的平方根效應，”Synopsys的Aitken說。“在信號傳輸過程中會產生大量熱量，”EV Group的Uhrmann說。對于CMOS，你充電和放電是為了存儲，然后傳遞信息。縮小和堆疊芯片將使您能夠使其更小，因此可以在第三維度傳遞信息。但你可能只有3D的緩沖區，而不是大型PHY和通信協議。

尺寸有兩個優勢——產量和占地面積。“假設在多個芯片上分布相似數量的邏輯芯片，較小對象的產量將高于一個較大對象的產量，”Aitken說。因此，你可以降低一定程度的成本。當然，你正在增加其他成本，但隨著時間的推移，這些成本會下降。

從 2D 封裝的角度來看，堆疊芯片可以顯著減少面積。“通過堆疊，我可以在同一區域內獲得三倍的邏輯量，”西門子的Mastroianni說。你最終會得到更多的邏輯。因此，您可以在該區域安裝更大的馬力，如果您有區域限制，則可能會降低系統成本。

異質性可能是另一個好處。“異構技術架構已經成熟，可以進行3D集成，”Lightelligence工程副總裁Maurice Steinman說。考慮混合技術組件，例如光子IC及其配套電子IC。對于其中一些集成，根本沒有其他方法可以提供所需的數千個芯片到芯片互連，而不會造成大量的功耗或性能犧牲。

混合技術仍然主要是未知的領域。“如果你的設計不適合標線尺寸，那么為了能夠建造更多的邏輯門，你就需要用到3D封裝”Mastroianni說。但肯定有一些情況下，你可能想要混合搭配。也許你有一個真正想要的尖端技術的計算引擎，但其余的東西有很多控制，你可以在一個不那么激進的流程節點中做。


國內在先進封裝上的進擊

自80年代中期，封裝已經成為我國半導體供應鏈中的關鍵環節。而現在先進封裝已經成為中國半導體行業的技術重點。國內的長電科技、通富微電以及天水華天都已經在先進封裝上進行了布局，不止是傳統的封裝廠，更有一些芯片廠商和新崛起的封裝新勢力正在向先進封裝邁進。

深圳同興達子公司昆山同興達，于2021年10月15日，與昆山日月光簽訂協議合作“芯片先進封測（Gold Bump）全流程封裝測試項目”。先進封裝技術在顯示驅動IC及CIS芯片中有著重要作用。中國大陸Gold Bump封測產能較少，尤其直接面對顯示驅動IC及CIS芯片的Gold Bump封測產能更是稀缺。

SiP封裝也是國內很多企業在發力的一大方向。根據Yole預測，2025年先進封裝的占比將提升至整體封測行業的49.4%，其中SiP封裝被市場看好，在2020年到2026年年間，基于覆晶(FC)和打線接合(WB)的SiP市場將以5%的CAGR成長至170 億美元的規模。同期，嵌入式芯片(Embedded Die，ED) SiP市場則將以25%的CAGR 增加到1.89億美元；扇出型(FO) SiP市場價值預計以6%的CAGR20-26成長至16億美元。

2021年12月15日，華宇電子集成電路先進封裝測試產業基地項目三期開工，據其官微介紹，三期項目總投資10億元，總建筑面積4.50萬平方米，封裝技術向SiP系統級3D封裝技術及LGA、BGA先進封裝技術升級，預計2022年實現投產。

再就是正在SiP快封領域探索的摩爾精英，據了解，摩爾精英無錫SiP封測中心，一期總投資5億元，建筑面積1.5萬平。該廠的年規劃產能超過1億顆，產品包括：FCBGA工程批、SiP設計和工程批、SiP量產和測試。據悉，2022年無錫SiP封測中心可生產FC+WB技術的復雜SiP產品，同時也可生產FC及WB標準產品。到2023年可生產FC+WB+SMT的產品。2024年，無錫SiP封測中心的目標是開發AiP技術，以及進行電磁隔離技術的SiP設計和生產。

華為也看好封裝這一環節，旗下華為哈勃投資了多家封裝領域的廠商。不僅如此，2021年12月28日，華為還注冊6億元成立華為精密制造有限公司，發力封裝環節。有華為內部人士表示，“我們不生產芯片，主要業務是華為無線、數字能源等產品的部分核心器件、模組、部件的精密制造，包括組裝與封測。經營范圍中提及的‘半導體分立器件’主要是分立器件的封裝、測試。”

國內還有很多新的封裝項目正如雨后春筍般崛起，例如在2022年1月12日，寧夏儲芯集成電路產業研發項目正式投產，2條微組裝生產線和1條多芯片封裝線也正式投產運行。據悉，該項目總投資4億元人民幣，占地面積50畝，目前投資2億元實施一期工程。一期工程將建設3條表面貼裝(SMT)生產線和1條集成電路封裝生產線，主要生產無線熱點過濾模塊、射頻前端模塊、集成射頻開關和濾波器以及4K超短距LED投影儀，產品主要應用于智能手機、平板電腦和車載存儲。


結語

毫無疑問，現在封裝作為產業鏈的重要一環，已經成為各大廠商發力的重點。摩爾定律的放緩正在推動根本性的變化。我們正處于先進封裝推動的半導體設計復興之中。