主动有为,踔厉前行,共创封测产业新时代,2022年中国半导体封装测试技术与市场年会于11月15-16日在江苏南通成功举办。

日月光集团研发中心处长李长祺 Calvin Lee以《小芯片Chiplet集成的2.5D/3D IC封装技术》为题,通过预录视频介绍了日月光先进封装技术的发展、先进封装平台VIPackTM、2.5D/3D IC封装特性与异质整合发展。


 日月光先进封装技术介绍



随着手机应用的普及,手机会产生大量资料,资料量随着时间的累积变得越来越大。例如到2025年,整个累积的资料量会达到175ZB。这样庞大的资料量,资料的处理及传输将变得越来越重要。

下图举例说明。
互联技术与先进封装发展
纵轴是频宽与能量效率的乘积,频宽和能量效率越高,乘积值就越大;横轴是资料传输的距离。左边的虚线指:电传输的一个理论上限值,右边的虚线指:光传输的一个理论上限值。

李长祺认为,如果做一个系统整合,缩短传输距离,则理论的传输速率及能量效率都可以有效提升。

日月光开发不同的先进封装来满足系统整合的要求。例如FanOut形态的FOCoS、2.5D/3D IC封装,现在也在开发Hybrid Bonding相关技术同时就光的传输而言,光的传输随着Silicon photonics的发展,传输频宽及效率也变得越来越高,把光整合到封装形态里,也是将来重要的发展趋势。

就先进封装来讲,驱动的先进封装的发展有两个重要的方向:第一个是关于系统的整合,其中记忆体的整合、Power的整合及光的整合是重要的系统整合趋势。

关于芯片的切割,有两个重要的发展方向:I/O disaggregation和SRAM  disaggregation,小芯片的整合是满足这两个发展趋势的一个必然方向。为了满足小芯片的整合,Fine-pitch Interconnects、Large scale integration、Power delivery、Thermal是接下来发展的重要方向。
小芯片Chiplet集成技术的需求

 日月光新的封装平台VIPackTM

VIPackTM就是一个先进的封装平台,是基于垂直整合的一个封装解决方案,有三个重要特性:可提供最佳的performance来满足效能需求;有最佳化的co-design,可缩短从发展到market的时间;是一个开放的平台,不同的foundry都可以应用这样的平台来做封装。

什么是VIPackTM
VIPackTM有六种封装支柱技术,分别是:FOPoP、FOCoS、FOCoS-Bridge、FOSiP、2.5D/3D IC、Co-Packaged Optics。这六个技术支柱基本上是基于整合的设计平台及ecosystem。

 2.5D/3D IC封装特性与异质整合

李长祺以2.5D/3D IC封装为例子介绍了异质整合的发展,他提出2.5D/3D IC封装有以下三大特点。


第一个是它提供高密度的Interconnect for记忆体的一个整合:可提供Sub-micron的线框和线距;可提供5层的Interconnect;还有它是Known Good Interposer。
2.5D/3D IC封装特性与异质整合
第二个是关于Power的Integration,它是基于两个主要的技术开发。第一个是DTC的interposer,所谓Deep Trench Capacitor的interposer;第二个是关于IPD,所谓Silicon Cap的技术。

第三个是关于光的整合,光的整合可以提供高性能的长距离的资料传输。

记忆体的整合趋势

由于记忆频宽的需求越来越高,所以HBM即高频宽记忆体的整合是一个重要的应用。日月光率先在2015年量产HBM1的整合封装,2017年顺利量产HBM2,2021年顺利量产HBM2E的整合,另外正朝向记忆体的3D整合做发展。
内存集成发展趋势
Power的整合趋势

对于Power Integration来讲,Silicon Cap的整合是一个重要的应用。由于Power变得越来越高,所以电容的整合变得越来越重要,而且电容密度的要求也变得越来越高。

日月光正在同合作伙伴一起开发不同的电容技术,例如Trench type的Capacitor,应用在Silicon Cap及interposer上。同时随着要求越来越高,日月光也正开发电容密度更高的Cap,例如Stacked type 的Capactior,以满足越来越高的电容密度需求。

电源集成-Si Cap发展趋势
光的整合趋势

李长祺认为,在不久的将来,电的长距离传输无论是频宽或者是能量效率方面都会遇到瓶颈。所以针对长距离传输来讲,光的整合变得越来越重要。

日月光和合作伙伴开发两种不同的光整合技术,第一个是关于Optical Chiplet的技术:应用2.5D Silicon interposer 去整合Optical Chiplet,还有SoC以满足最高的能量效率和平衡,它的应用是否高速运算Optical I/O方面的一个要求。
光学集成发展趋势
另外,日月光也正在跟合作伙伴开发Optical Interposer,它是基于3D整合的一个技术,Electrical IC在上面,Photonic IC Interposer在底下,这样的整合方式可以提供更高的频宽及能量效率的需求,应用在network switch方面。

总结

系统整合及SoC disaggregation是将来先进封装及小芯片整合的一个重要发展方向。就系统整合来说,记忆体整合、Power的整合及光的整合,是一个最主要的发展项目。
就SoC disaggregation来讲,由于芯片需要做分割整合,所以它需要非常细的Interconnect,以在效能及Power方面能够最接近原来的SoC。

日月光正在积极开发各种先进封装技术,洞悉市场趋势,来满足小芯片Chiplet集成的发展。

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