高性能计算令高密度扇出成为先进封装主战场.pdf
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1、2023年9 月计算机应用文摘第39 卷第19 期高性能计算令高密度扇出成为先进封装主战场最近有媒体曝出,苹果采用了先进封装3D堆叠技术,正在进行系统整合芯片(SoIC)的小规模试产。他们计划将SoIC与集成扇出型(InFO)封装技术结合,预计最快将在2 0 2 5一2 0 2 6 年间应用于MacBook 上。先进封装技术是下一代集成电路的关键,它包括多种技术,如小芯片(Chiplet)、倒装(FlipChip)、凸块(Bu mp i n g)、晶圆级封装(WLCSP)、扇出晶圆级封装(FO WLP)、扇出型板级封装(FOPLP)、2.5D 封装(i n t e r p o s e r,R
2、D L)、3D 封装(TSV硅通孔)、封装天线(A i P)等先进封装技术。受到人工智能(AI)、数据中心、自动驾驶汽车、5G等高性能计算(HPC)和网络市场对超高密度封装的需求推动,特别是AI和HPC 应用的不断成熟提出了数据传输的需求,对半导体行业产生了巨大影响,并推动了创新封装解决方案的需求。作为先进封装技术的代表,未来FOWLP封装技术将继续主导市场。而先进封装的重要分支,扇出型(FO)封装正在往更高I/O 密度的领域发展,同时能实现更精细的重布线层(RDL),将线宽/线距(L/S)尺寸微缩至5m/5m以下。在FO封装领域,超高密度扇出型(UHDFO)封装增长最快,同时高密度扇出型(H
3、DFO)封装和单芯片扇出型(Core FO)封装也是发展的方向之一。现在,让我们来看看哪些厂商和技术将引领FO市场的发展。九成以上FO市场群雄占据根据Yole Intelligence的数据,2 0 2 2 年FO封装市场的收人达到了18.6 亿美元,预计到2 0 2 8 年将增长至38 亿美元,复合年增长率为12.5%。其中,增长速度最快的是UHDFO,其复合年增长率为30%,从2 0 2 2年的3.38 亿美元增至2 0 2 8 年的16.30 亿美元。Yole Intelligence的技术和市场分析师GabrielaPereira指出,HDFO已占据2 0 2 2 年的主要市场,其收人
4、达到了11.9 4 亿美元,复合年增长率为6.7%,预计到2028年将达到17.57 亿美元;而CoreF0的复合年增长率为2.8%,从2 0 2 2 年的3.2 9 亿美元增至2 0 2 8 年的3.89亿美元。他认为,FOWLP的产量未来将主导市场,到2 0 2 8 年,晶圆产量将达到2 37 6 0 0 0 片,而FOPLP的300mm晶圆当量产量为2 38 0 0 0 片;F0封装的总产量将从2 0 2 2 年的2 3.4 8 亿个增长至2 9.6 亿个。在高端计算、网络和HPC应用的高性能FO解决方案方面,台积电的市场占有率达到了7 6.7%。2 0 2 2年,台积电与前三大外包半导
5、体组装和测试(OSAT)公司日月光(ASE)、A m k o r 和JCET,共同占据了FO市场9 0%以上的份额。为了迎头赶上台积电,ASE、矽品(SPIL)、三星、JCET、A mk o r、PT I、T FM E 和Nepes等公司都在研发具有竞争力的解决方案。尽管CoreFO是OSAT的主要市场,但主要的发展方向是HD和UHDFO技术。中国OSAT加速渗透FO供应链受到天灾和人为因素对供应链的影响,芯片制造业的区域独立正成为一种趋势。在过去的五年,国内关于先进封装技术的投资不断增加,许多公司都进入了FOWLP或FOPLP业务领域。在芯片和衬底供应短缺的情况下,扇出技术由于能够实现无基板
6、(no-substrate)的解决方案而备受欢迎。小芯片和异构集成已成为利用相对成熟的光刻制造节点的手段。目前,先进封装已成为中国公司市场竞争的战略之一。国内大多数OSAT公司的投资重点首先放在了低密度封装领域,以更快地获得投资回报;而一些新兴OSAT公司,如奕成科技、中科智芯、厦门云天、华润微、易卜半导体、佛智芯等,正在积极加人FO封装供应链,并投资超过2 5亿美元拓展其先进封装能力。小芯片和异构集成推动FO发展在HPC、网络、汽车和高端移动市场的需求推动下,FO封装已从低端封装技术发展为高性能的集成平台,目前主要市场趋势之一是将大型芯片分割成小芯片,并进行异构集成。FO是一个经济高效的集成
7、平台,可以基于RDL工艺实现高带宽和高密度的芯片对芯片(D2D)互连。未来,UHDFO将通过创新的板级扇出型封装(FOCoS)和FO嵌人式桥接解决方案从硅中介层获得市场份额。然而,Yole Intelligence 也指出,尽管扇出型板级封装(FOPLP)被广泛用于FO解决方案,特别是用于本文来源于公众号:与非网eefocus,ID:e e-f o c u s,作者刘洪,本文已经授权转载。150大型封装,但它仍面临技术挑战,且投资回报率未达目标值。高性能FO日渐走红极速领先的IC代工厂已能交付7 nm和5nm晶圆,但3nm产品目前还处于认证阶段。由于更高的晶体管密度需要更昂贵的工艺支持,晶圆成
8、本持续上升。基于新节点的推出,缺陷密度可以相对稳定,但硅的成本会呈非线性增长趋势,因此新的封装技术已经成为未来产品架构的一部分。(1)扇出结合桥接。近年来,扇出封装技术与桥接技术的结合备受青。例如,日月光最近推出的FOCoS-Bridge大型封装技术允许多个小芯片封装于一个基板中,实现了高速Cupost&BridgeMolding,RDL&ASIC/HBMASIC计算机应用文摘互联;作为日月光VIPack封装平台的一部分,它是2.5D封装技术的改进版本,旨在满足未来AI和HPC应用中不断增长的高带宽、高速度芯片的需求;通过高度集成的扇出结构,突破了传统电气互连的限制,实现了处理器、加速器和内存
9、模块的高速、低延迟和节能数据通信。FOCoS-Bridge技术的实现过程如下:首先在芯片基板中放置一个用于小芯片间互连的独立硅芯片;然后构建铜连接层,经过加工后暴露触点;最后将需要互连的小芯片以倒装方式封装在基板上,以实现互连。这种方式可以将1颗ASIC处理器与4 颗高带宽存储器(HBM)封装在一起,形成4 7 31 mm 的单元。两个单元并排封装形成一个大型芯片,其中包含2 颗专用集成电路(ASIC)处理器、4 颗HBM及8 颗内部互连的小芯片。C4/DicingHBMASIC2023年第19 期ChiponSubstrateHBMASICHBMA作为一种用于实现小芯片集成的硅桥技术,FOC
10、oS-Bridge需要被嵌人扇出封装的RDL层中,与2.5D封装相比,其优势在于只有硅片的相连区域需要使用硅片。同时,该技术还提供了与硅中介层解决方案类似的电气、信号和功率完整性,成本较低且没有掩模尺寸的限制,具有高扩展性,能够集成并植入复杂的芯片架构中,提供高密度的D2D互连,以满足不断发展的AI和HPC需求。FOCoS-Bridge可使芯片边缘线性密度比传统的有机倒装芯片封装高一个数量级。此外,FOCoS-Bridge为扇出封装的芯片嵌人奠定了基础,并提供了去耦电容器集成选项,有助于功率传输优化,能直接访问具备某些功能(如存储器、I/O等)的有源芯片;可更高效地利用计算资源,加速数据密集型
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