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深圳市龙岗区甘李五路一号科伦特大厦研发楼905室
时间:2016-01-05 编辑:南电森美
无论是生活哪个环节,都可以看到智慧行动装置的存在。小至上网查询时刻表,大到利用行动装置网上交易,都已经是日常使用的一部分。但面对用户对于多功能、高效率与尺寸的需求不断增加,也让手机开发商必须要开发出更能满足顾客需求的产品,同时还须兼顾必要的效能。
目前智慧行动装置用户最主要的需求当属多媒体与无线连线,无论透过3G、Wi-Fi或未来的4G/LTE,亦或是蓝牙与NFC等,都是让使用者得以拓展使用 环境,并与周边装置结合的无线通讯技术,并能提升使用者的便利性。但如何在体积窄小的智慧行动装置中,放入包含处理器、无线芯片组、存储器甚至是影像处理 模块等,就考验了供应链上各相关生产供应商的技术与研发能力。
放大
根据IEK研究指出,台湾IC封测业2013年相较于2012有6.2%的成长,产值可达新台币4,179亿元。资料来源:IEK
SEMI台湾区总裁曹世纶表示:「设备材料投资居冠,再次证明台湾在全球半导体制造市场无可取代的地位。」(资料来源:SEMI,2013/7)
台湾IC封测业前景可期
产品需求量大增,连带地也让台湾IC封测业有相当庞大的商机。根据工研院产业分析师陈玲君的分析(2013年8月)中指出,虽然于2011年曾经有所衰退, 但经过多年来的技术发展与分工专业化的情况,与2012年相比,工研院预估2013年台湾的IC封测业产值将成长6.2%,达新台币4,179亿元,且在 需求不断增加的状况下,2014年也有良好的成长空间(如表1)。
而台湾封测厂日月光以SiP技术取得苹果的指纹辨识芯片订单,则明显可见智慧行动装置在IC封装上的需求相当殷切,为了提供使用者更创新与整合的功能,同时降低功耗与体积,关键就在于如何有效地缩小芯片体积,并提供高运算能力与更多功能。
SoC、SiP与3D IC相辅相成
为能够整合主要功能并且有效地缩小芯片体积,在系统整合与封装上提出了三大技术,分别为:系统级封装(System in Package;SiP)、系统级芯片(System on a Chip;SoC)与3D IC等方式。目前日月光与硅品主要采用SiP,但也积极布局3D IC的研发与产线布建。日前台积电也揭示新一代的3D IC封装技术,并即将在未来几年取代目前用在ARM及mobile DRAM的PoP技术。
3D IC是近年来台湾封测厂极力推动的技术,多家厂商都积极开发与投资相关的技术及设备。Amkor台湾区总经理梁明成指出,3D IC初期主要仍应用在智慧行动装置上,同时由于其架构能够改善存储器产品的性能表现与可靠度,甚至可降低成本并缩小尺寸,因此是对台湾各厂相当有利的制 程。
台积电3DIC/IIPD处长郑心圃则指出,利用TSV技术让3D IC可以提升整体芯片效能,并实现异质系统整合,不过大量使用还有许多因素需要克服。且异质芯片的整合牵涉到多种来源的芯片,其中有许多CPI问题存在。 因此需要整体产业链彼此紧密合作并简化整合供应链,方能提升整体良率并降低可靠性风险,藉此加速3D IC的量产应用。
SoC在开发上则 需要大量时间与资源,能够提供高密度、多功能与低功耗等优势,但是由于开发需时且成本不赀。根据拓墣产业研究所之资料指出,SoC部分适合量大且生命周期 长的产品,象是CPU、芯片组、手机与网通IC等,诸如高通Snapdraon、Intel Atom或是三星Exynos等,都是采用SoC制程所开发的。
SiP对于台湾多属于中小企业的IC封测厂来说应属于最佳选择。因为开发时程快,能够快速反应市场需求,同时提供优异的异质整合功能,对于象是MP3、DSC或PND等快速变化的产品来说,是相当合适的制程。
3D开发成为未来趋势
由于智慧行动装置的内部可利用空间有限,因此目前新兴的技术则是利用立体堆栈方式压缩IC空间,主要是利用直通硅晶穿孔(TSV)的垂直封装方式、硅中介层 (Interposer)的多芯片封装与扇出型晶圆尺寸封装等,将可以取代PoP封装与多芯片覆晶封装(Flip Chip MCM)等技术。
除了3D IC外,还有3D-SIC与3D-SIP等技术都是正在开发中,且能够有效提供多功能堆栈以降低空间与成本的技术。3D-SIC类似于2D的SoC技术, 但不同的是它的电路连线是在不同层串接,而非在同一层上,因此能够提供密度更高、并能整合异质技术堆栈,同时能够在逻辑堆栈上提供更高的存储器频宽。
3D SIP的堆栈采用的是传统封包互通方式,因此是第一种能够达到量产的3D生产方式。而SEMI也认为「真正的」3D IC会是未来最主流的技术,因为它是在晶体管层切割与堆栈,并组成「超级晶圆(Super Die)」。不过真正的3D IC是根据功能设定而非预算,技术应用部分应至2015年达到成熟阶段,真正能够达到量产时间应该会在2020年左右。
上述的3D整合技 术最主要的核心都是仰赖TSV互通技术或嵌入式WLP技术,因此如果要导入3D整合制程,首先需要投资开发就是上述技术与设备。目前看来,3D IC是最快能够投入量产的技术,而根据SEMI的研究报告中也指出,所有的3D技术都能够降低支出,同时开发出功能更多样化的产品,以因应市场上不同的需 求。
使用者需求引领物联网时代来临
在日前所举办的SEMICON Taiwan 2013中,日月光集团研发中心总经理暨研发长唐和明表示,SiP将在物联网和云端世界扮演关键角色,也会成为整合各类穿戴式装置电子元件的要角。他同时 也认为使用者体验正在驱动半导体产业革新,不但现在进入了4C时代,nC系统时代也即将来临。
就如前所述,SiP拥有良好的异质整合功 能,同时开发与生产相当快速,因此面对使用者需求不断改变的变迁时代,利用SiP就能够满足使用者多变且不同的需求。唐和明认为,从今年到2016年,云 端、网通到用户端等多种终端装置内的电子芯片,大部分将朝向SiP发展,因此SiP会是未来数年的主流技术。
目前的各种技术都有其优点与不足之处,同时智慧行动装置的价格压力也不断增加,如何利用较佳的良率、较快速的上市时间、较低的成本或更有弹性的架构满足使用者体验与相关需求,会是未来发展最重要的关键。
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