隨著半導體技術日漸成熟,封裝技術在現代也越趨重要,在半導體裡扮演了舉足輕重的角色。 蘋果的M系列晶片,就是仰賴於台積電封裝技術的突破,使後來的產品達到輕巧的重量並保持卓越的效能。 尤其未來的VR眼鏡這類的穿戴設備,更需要元件輕量化的能力。 這就是為什麼封裝技術越趨重要的原因,如何把電晶體在高效能的情況下縮小體積,除了仰賴EUV微影技術外,封裝技術就十分重要了。
什麼是封裝?封測廠在做什麼?
簡單來說,封裝是將一個或多個半導體元件或積體電路放到載板上,並包覆在一個外殼中,以免晶片受到外界環境的影響,且提供和外部電路連接的接口。
封裝是半導體製程最後一個步驟,也是將半導體產品商業化的關鍵。
封裝製程大致分四個步驟:測試、切割、黏晶、打線、封膠
測試:
首先封測廠會從台積電、聯電等製造廠家取得晶圓(Wafer,用餅乾的說法來形容晶圓的形狀),而一片晶圓上有很多的裸晶(Die,因為裸晶跟骰子一樣是方格狀所以稱為之)。
接著晶圓會被送去做測試,利用探針卡針測對裸晶做電性測量,並回傳訊號給設備判別性能好壞,不合格的裸晶會被標記。
切割:
測試後的晶圓會進行切割,將每個裸晶切割開來。
黏晶:
在針測製程中沒有被標上記號的裸晶會被取出來黏在載板上。
打線:
以焊接連接裸晶及載板的金屬接點,來接通裸晶與載板的電路,積體電路就能傳輸訊號了。
封膠:
整個裸晶含載板一同放入模具中,再灌入環氧樹脂,待冷卻後形成保護層與外殼。
以上完成就會變成我們所謂的晶片(Chip),而封測廠就是完成以上動作的製造商。
先進封裝的登場
隨著時代的演進,晶片已經不單單只是單一晶片的功能了,而是必須同時包含多個晶片功能整合在一起。而這樣的技術我們稱為”Chiplet”,其中Apple的M2晶片就是整合了CPU、GPU和記憶體在一起。 我們常見的Chiplet技術包含了兩種工藝,分別是SoC 與 SiP。 系統單晶片SoC(System on Chip)是將數個不同晶片,全部使用「同製程工藝」,並整合於單一晶片上;而 系統級封裝SiP(System in Package),是將數個「不同製程工藝」的晶片,透過異質整合技術對其進行連接,並整合於同一個封裝殼內。 而以上傳統的模式都需要占用較大的面積,且傳輸速度也不盡理想,因此先進封裝技術才正式登場。 先進封裝技術採用了三維封裝技術,而目前最夯的CoWoS就是3D封裝技術。 CoWoS可以分成「CoW(Chip-on-Wafer)」和「WoS(Wafer-on-Substrate)」,CoW是把不同晶片堆疊;WoS則是將堆疊晶片封裝到基板上。所以CoWoS 就是把晶片堆疊起來,再封裝於基板上,最終形成三維的型態,可以減少晶片的空間,也縮短了金屬線傳輸的路徑,大幅提升訊號的傳遞速度,也有效能降低成本。
目前先進封裝技術已經面臨到7nm以下的難題了,傳統封測廠其實已經無法跟上晶圓製造的精度了,因此這就是台積電一條龍服務的原因,目前只有台積電有能力做到該精密程度。 當然未來先進封裝還有很多難題需要克服,其中散熱就是現在的主要議題,越小越密的集成電路,連帶的就是各積體電路運算時產生的高溫彼此互相傳導,導致效能嚴重降低。
做為摩爾定律的主要推手,先進封裝還有很多路需要走,除了台積電需要穩定CoWoS良率外,是否其他封測廠有能力跟進也是影響全球半導體發展的重要因素。