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晶圆聚焦『封装五大法宝』之五:晶圆级的系统级封装
 

【作者: Rama Alapati】2016年09月02日 星期五

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在『封装五大法宝』的第四部分,我们比较了传统的系统级封装SiP与先进的基板级系统封装SiP,先进的基板级系统级封装已成为一种突破性的规则改变者,在射频、固态硬碟、汽车、物联网和功率市场,提供性能上系统级的集成,提供最佳的性价比。在最后的这第五个部分,我们继续往下看,晶圆级的系统级封装,它将如何推动半导体行业进入下一个万物互联的时代。


如同基板级的系统级封装,晶圆级的系统级封装也是整合复杂和不同技术的晶片,甚至提供了更高的性能,更高的频宽和更小的尺寸。目标是高效能运算电脑、物联网、手机和汽车行等领域。除了整合,微处理器、感测器、射频和电源管理晶片,先进的晶圆级的系统级封装,更能集成高频宽记忆体(HBM,HMC),ASIC,高性能运算的图形处理单元(GPU )和FPGA。


晶圆级的系统级封装


图1 : (source: 3d incites)
图1 : (source: 3d incites)

Amkor认为『封装五大法宝』是:低成本覆晶封装(Low-Cost Flip Chip),晶圆级晶片尺寸封装(WLCSP)、微机电系统封装(MEMS Packaging),基板级的系统级封装(Laminate- based SiP), 和最后一部分,是晶圆级的系统级封装(Wafer-based SiP),这可能是将来服务应用范围最广的技术。


晶圆级的系统级封装,目前还处于早期阶段,优先导入到相对高端的元件。它有效地解决了系统的扩展需求,延缓晶片推进到下一世代矽节点的压力。其最早的切入点是高性能计算(HPC),记忆体和高端移动装置。然而,随着时间的推移,我们相信更多的设备将利用此技术,使之外观尺寸减少,并降低功耗,增加性能。


相较于基板级的系统级封装是利用现有的晶片封装技术为基础,然而,晶圆级的系统级封装的制造过程,将有非常显著的不同,需要投资新的机台设备。晶圆级的系统级封装将替代/或补充原有的基板,提供重分布层(RDL),并将目标线宽/线距(L / S)蓝图推进到1μm / 1μm。此重分布层的能力,将达到晶圆厂后段制程工艺(Fab BEOL)的级别,相较于传统的基板,其线宽/线距(L / S)极限仅能达到10μm / 10μm 。因此,晶圆级系统级封装,是目前微缩能力最好的解决方案,也是唯一具有晶圆厂制程能力级别的解决方案。


Amkor研发副总裁Ron Huemoeller,已经在许多半导体行业论坛,介绍将多颗不同技术晶片整合进更小封装体的技术,就是晶圆级的系统级封装技术。在Amkor,我们正集结大量的知识和能力研发这类技术,如SWIFT 和 SLIM,从封装和板级的可靠性测试结果,我们的SWIFT封装技术已正式进入试产阶段。


由于工艺的难度和复杂性大幅提高,晶圆级的系统级封装制造成本也将随着增加。成本的提高有一大部分是在初期的资本支出投资(Capex),如建立class 1或class 10的无尘室工厂,投资购买像晶圆厂级别的新设备,如物理/化学气相沉积(PVD /CVD),化学机械研磨(CMP),暂时贴合/分离(Temporary Bond/Debond)的机台设备,这些必须的先期投资,随着工厂和机台的摊提折旧,生产成本会再进一步​​降低,到那时将是这项技术大放光芒的时机。


在晶圆级的系统级封装的家族,包括高密度的扇出晶圆级封装,如Amkor在SWIFT/SLIM产品线。 Amkor 在这技术中使用了具有良率优势的“Die Last”的制程程序,相较于”Die First”的制程程序”,此技术能避开数层RDL的不良率风险,因此会有更高的最终良率。目前SWIFT/SLIM小尺寸产品已经通过了CPI验证,大尺寸的在积极研发中,预期几个季度内将大量生产。Amkor的先进系统级封装技术蓝图中,还有2.5D interposer 和3D IC,2.5D的TSV产品已经在2013年验证生产,我们已和上下游策略伙伴建立一个协同的Ecosystem,目标不只是提供生产,更要提供客户相关设计套件,建立完整晶圆级的系统级封装平台。



图2 : Amkor wafer-based SiP offering. ( source: Amkor )
图2 : Amkor wafer-based SiP offering. ( source: Amkor )

结论

总之,手机和移动市场驱动了更多晶片更高集成度,整合到更小尺寸的封装体,而在高速计算,深度学习,和图形运算处理领域,晶圆级系统封装更着重在解决功耗,频宽,​​和时序延迟的速度问题,预期在接下来的几年,2.5D IC,3D IC,SLIM, SWIFT 等技术发展,将有机会藉由先进封装技术延续着摩尔定律的推进。晶圆级的系统级封装,完成了Amkor封装五大法宝的组合。


(作者Rama Alapati为Amkor副总裁,本文原载于3D InCites)


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