台积电的先进封装

2023-04-28 01:04

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自semiwiki，谢谢。

TSMC 的 3DFabric计划理应成为他们研讨会的一大焦点。我记得当台积电首次公开 CoWos 半导体生态系统时，包括我在内的所有人都叹了口气，想知道为什么台积电要冒险进入利润率相对较低的封装领域。

现在我们知道为什么了，这绝对很棒！

2012 年，台积电与赛灵思一起推出了当时最大的 FPGA，由四个相同的 28 纳米 FPGA 片组成，并排安装在硅中介层上。他们还开发了硅通孔 (TSV)、微凸块和重新分布层 (RDL) 来互连这些构建块。根据其结构，台积电将这种 IC 封装解决方案命名为 Chip-on-Wafer-on-Substrate ( CoWoS )。

这种基于构建块和 EDA 支持的封装技术已经成为高性能和高功率设计的事实上的行业标准。中介层最多可达三个步进电机区域（three stepper fields large），允许并排组合多个裸片、裸片堆叠和无源元件，并与亚微米 RDL 互连。最常见的应用是 CPU/GPU/TPU 与一个或多个高带宽存储器 (HBM) 的组合。

2017 年，台积电宣布了集成扇出技术 ( InFO )。它使用聚酰胺薄膜代替 CoWoS 中的硅中介层，从而降低单位成本和封装高度，这两个都是移动应用的重要成功标准。台积电已经出货了数千万个用于智能手机的 InFO 设计。

2019 年，台积电推出了集成芯片系统 ( SoIC ) 技术。使用前端（晶圆厂）设备，台积电可以非常精确地对齐，然后使用许多窄间距铜焊盘进行压焊设计，以进一步最小化外形尺寸、互连电容和功率。

今天，台积电拥有 3DFabric，这是一个全面的 3D 硅堆叠和先进封装技术系列。以下是媒体发布会上的台积电相关成果：

TSMC 3DFabric 包含多种先进的 3D 硅堆叠和先进的封装技术，可支持范围广泛的下一代产品：
在 3D 硅堆叠部分，台积电正在 TSMC-SoIC 系列中添加基于微凸点的 SoIC-P，以支持更多对成本敏感的应用。
2.5D CoWoS 平台可为人工智能、机器学习和数据中心等 HPC 应用集成高级逻辑和高带宽内存。InFO PoP 和 InFO-3D 支持移动应用，InFO-2.5D 支持 HPC chiplet 集成。
SoIC 堆叠芯片可以集成到 InFO 或 CoWoS 封装中，以实现最终系统集成。

CoWoS家族

主要针对需要集成高级逻辑和 HBM 的 HPC 应用程序。
TSMC 已支持来自超过25 个领域的140 多种CoWoS 产品
所有 CoWoS 解决方案的中介层尺寸都在增加，因此它们可以集成更先进的硅芯片和 HBM 堆栈，以满足更高的性能要求。
台积电正在开发一种 CoWoS 解决方案，该解决方案具有高达6 倍光罩尺寸（约 5,000 平方毫米）的 RDL 中介层，能够容纳 12 个 HBM 存储器堆栈。

InFO技术

对于移动应用，自 2016 年以来，InFO PoP 一直在为高端移动设备量产，并且可以在更小的封装尺寸中容纳更大、更厚的 SoC 芯片。
对于 HPC 应用，无基板 InFO_M 支持高达 500 平方毫米的小芯片集成，适用于对外形尺寸敏感的应用。

3D硅堆叠技术

SoIC-P 基于 18-25μm 间距 μbump 堆叠，适用于对成本更敏感的应用，如移动、物联网、客户端等。
SoIC-X 基于无扰动堆叠，主要针对 HPC 应用。其晶圆上芯片堆叠方案具有 4.5 至 9μm 键距，并已在 TSMC 用于 HPC 应用的 N7 技术上量产。
SoIC 堆叠芯片可以进一步集成到 CoWoS、InFo 或传统的倒装芯片封装中，用于客户的最终产品。

3DFabric 联盟和 3Dblox 标准

在去年的开放式创新平台(OIP) 论坛上，台积电宣布成立新的 3DFabric联盟，这是继 IP、EDA、DCA、Cloud 和 VCA 联盟之后的第六个 OIP 联盟，以促进下一代 HPC 和移动设计的生态系统协作：

提供 3Dblox 开放标准，
实现内存和 TSMC 逻辑之间的紧密协作
以及将 Substrate 和测试合作伙伴引入生态系统。

TSMC 推出了 3Dblox 1.5，这是其开放标准设计语言的最新版本，旨在降低 3D IC 设计的门槛。

TSMC 3Dblox是业界首个加速 EDA 自动化和互操作性的 3D IC 设计标准。
3Dblox1.5 添加了自动凸点合成，帮助设计人员处理具有数千个凸点的大型芯片的复杂性，并有可能将设计时间缩短数月。
台积电正在开发 3Dblox 2.0，以实现系统原型设计和设计重用，目标是今年下半年。

以上是台积电 3DFabric 技术如何启用 HPC 芯片的示例。这也支持我的观点，即 AMD 收购 Xilinx 的最大价值之一是 Xilinx 芯片团队。绝对没有人比 Xilinx 更了解如何实施先进的TSMC封装解决方案。

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