推进摩尔定律,台积电力推SoIC 3D封装技术

自2018年4月始，台积电已在众多技术论坛或研讨会中揭露创新的SoIC技术，这个被誉为再度狠甩三星在后的秘密武器，究竟是如何厉害?

台积电首度对外界公布创新的系统整合单芯片(SoIC)多芯片3D堆叠技术，是在2018年4月的美国加州圣塔克拉拉(Santa Clara)第二十四届年度技术研讨会上。

推进摩尔定律台积电力推SoIC 3D封装技术

随着先进纳米制程已逼近物理极限，摩尔定律发展已难以为继，无法再靠缩小线宽同时满足性能、功耗、面积及讯号传输速度等要求;再加上封装技术难以跟上先进制程的发展进程，因此三星、台积电、英特尔等晶圆代工巨擘纷纷跨足封装领域，要借重先进的封装技术实现更高性能、更低耗电量、更为小体积、讯号传输速度更快的产品。

甚至，在逐步进入后摩尔定律时代后，晶圆代工大厂的发展重心，也逐渐从过去追求更先进纳米制程，转向封装技术的创新。而，SoIC就在这样的前提之下诞生了。

若以台积电于2009年正式进军封装领域估算，SoIC是台积电耗费十年才磨出的宝剑，被誉为可再次把三星狠狠甩在后头、实现3D IC的高阶封装技术。

晶圆对晶圆的3D IC技术

根据台积电在第二十四届年度技术研讨会中的说明，SoIC是一种创新的多芯片堆叠技术，是一种晶圆对晶圆(Wafer-on-wafer)的键合(Bonding)技术，这是一种3D IC制程技术，可以让台积电具备直接为客户生产3D IC的能力。

图二: 台积SoIC设计架构示意。(source: vlsisymposium.org, 制图:CTIMES)

让外界大感惊艳的是，SoIC技术是采用硅穿孔(TSV)技术，可以达到无凸起的键合结构，可以把很多不同性质的临近芯片整合在一起，而且当中最关键、最神秘之处，就在于接合的材料，号称是价值高达十亿美元的机密材料，因此能直接透过微小的孔隙沟通多层的芯片，达成在相同的体积增加多倍以上的性能，简言之，可以持续维持摩尔定律的优势。

图三: SoIC的微芯片平面图。(source: vlsisymposium.org)

据了解，SoIC是基于台积电的CoWoS(Chip on wafer on Substrate)与多晶圆堆叠(WoW)封装技术开发的新一代创新封装技术，未来将应用于十纳米及以下的先进制程进行晶圆级的键合技术，被视为进一步强化台积电先进纳米制程竞争力的利器。2018年10月，台积电在第三季法说会上，已针对万众瞩目的SoIC技术给出明确量产时间，预期2020年开始挹注台积电的营收贡献，至2021年将会大量生产，挹注台积电更加显著的营收贡献。

六月，台积电赴日本参加VLSI技术及电路研讨会发表技术论文时，也针对SoIC技术揭露论文，论文中表示SoIC解决方案将不同尺寸、制程技术及材料的裸晶堆叠在一起。相较于传统使用微凸块的三维积体电路解决方案，台积电的SoIC的凸块密度与速度高出数倍，同时大幅减少功耗。此外，SoIC能够利用台积电的InFO或CoWoS的后端先进封装至技术来整合其他芯片，打造强大的3D×3D系统级解决方案。

外界咸认，从台积电最初提出的2.5版CoWoS技术，至独吃苹果的武器InFO(整合型扇型封装)技术，下一个称霸晶圆代工产业的，就是SoIC技术。

摊开台积电公布的2019年第一季财报，10纳米及以下纳米制程的营收贡献，已大大超越16纳米制程的营收贡献，凸显出未来十纳米及以下先进制程已势不可当。

也因此，2019年，电子设计自动化(EDA)大厂，如益华电脑(Cadence)、明导国际(Mentor)、ANSYS皆已相继推出支援台积电SoIC的解决方案，并已通过台积电认证，准备迎接SoIC辉煌时代的来临。