3D IC助攻移動(dòng)處理器效能再上層樓

　　晶圓代工廠技術(shù)掌握度高

　　看準(zhǔn)未來3D IC將是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)勢(shì)在必行的發(fā)展趨勢(shì)，臺(tái)灣創(chuàng)意電子正積極透過SiP技術(shù)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步跨進(jìn)3D IC技術(shù)的研發(fā)。由于3D IC發(fā)展過程中遇到的挑戰(zhàn)與SiP大致類似，因此創(chuàng)意電子在SoC與SiP所累積的豐富經(jīng)驗(yàn)，無疑成為其挺進(jìn)3D IC市場(chǎng)最佳的技術(shù)后盾。

　　臺(tái)灣創(chuàng)意電子營(yíng)運(yùn)處SiP/ 3D IC項(xiàng)目處長(zhǎng)林崇銘表示，未來印刷電路板面積將持續(xù)縮減，芯片設(shè)計(jì)勢(shì)必走向更高整合度，所以半導(dǎo)體業(yè)者必須藉由3D IC堆棧芯片技術(shù)來減少采用的芯片數(shù)量;而發(fā)展3D IC所面臨的問題，如半導(dǎo)體設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具不完備，以及如何確保已知良裸晶(Known Good Die)來源等，其實(shí)與SiP極為相似，且更加復(fù)雜，因此，若無扎實(shí)的SiP技術(shù)發(fā)展基石，則遑論3D IC的研發(fā)。

　　林崇銘進(jìn)一步指出，雖然3D IC的問題較SiP復(fù)雜許多，但是憑借創(chuàng)意電子在SiP設(shè)計(jì)領(lǐng)域打下的深厚基礎(chǔ)，將可順利解決3D IC技術(shù)面所遭遇的挑戰(zhàn)，這也是創(chuàng)意電子毅然決定跨入3D IC的重要因素。

　　目前創(chuàng)意電子在3D IC的發(fā)展尚在起步階段，林崇銘表示，現(xiàn)階段創(chuàng)意電子業(yè)務(wù)來源仍以SoC與SiP為主，3D IC技術(shù)仍未有客戶，預(yù)期2013年，3D IC整體生態(tài)鏈的建構(gòu)更完備、市場(chǎng)更成熟之后，創(chuàng)意電子3D IC的業(yè)務(wù)才會(huì)開始起飛，屆時(shí)將鎖定移動(dòng)裝置與高效能組件市場(chǎng)，初步將先整合邏輯與內(nèi)存，或邏輯與模擬組件，抑或邏輯組件堆棧。在此之前，創(chuàng)意電子也將先建立2.5D芯片堆棧技術(shù)，以順利升級(jí)至3D IC。

　　事實(shí)上，目前阻礙業(yè)者導(dǎo)入3D IC的一大因素，在于成本過高。林崇銘認(rèn)為，現(xiàn)階段，3D IC整體供應(yīng)鏈尚未建置完全是不爭(zhēng)的事實(shí)，導(dǎo)致3D IC成本過高，不過，此一雞生蛋、蛋生雞的問題，預(yù)計(jì)短時(shí)間內(nèi)將可順利解決，原因在于半導(dǎo)體業(yè)者對(duì)于3D堆棧技術(shù)需求已逐漸涌現(xiàn)，不論是采用硅穿孔(TSV)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的3D IC，或英特爾提出的三閘極(Tri-gate)3D晶體管結(jié)構(gòu)，皆已漸成氣候，意味相關(guān)供應(yīng)鏈亦已有初步的準(zhǔn)備，因此未來3D IC的發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)將可望更趨完備。

　　3D IC儼然已成為未來超越摩爾定律的重要技術(shù)，因而吸引包括晶圓代工廠及封裝廠紛紛搶進(jìn)。然而，由于硅穿孔技術(shù)在晶圓制造前段即須進(jìn)行，因此晶圓代工廠掌握的技術(shù)層級(jí)較封裝廠高，在3D IC的技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展較具優(yōu)勢(shì)。

　　臺(tái)灣南臺(tái)科技大學(xué)電子系教授唐經(jīng)洲表示，硅穿孔為3D IC最重要的技術(shù)，采用硅穿孔技術(shù)的芯片產(chǎn)品才能稱為3D IC，而要進(jìn)行硅穿孔，較佳的方式是在硅晶圓制造過程中即先行鉆孔，如此一來，遭遇的問題將較少，而晶圓前段制程各項(xiàng)技術(shù)屬晶圓廠最為熟知，自然晶圓廠商在3D IC的制造可掌握較多關(guān)鍵技術(shù)。

　　不過，對(duì)封裝業(yè)者而言，3D IC自然也是不可忽略的商機(jī)。唐經(jīng)洲指出，3D IC屬于SiP技術(shù)的一環(huán)，擅于將各式晶圓進(jìn)行封裝工作的封裝廠，亦躍躍欲試。然而，礙于封裝廠的技術(shù)多屬于晶圓后段制程，若要取得已經(jīng)過硅穿孔的晶圓半成品，依舊須從晶圓廠購(gòu)得，抑或者再投入龐大的資金建置前段制程，惟目前3D IC發(fā)展尚未相當(dāng)明朗，封裝業(yè)者對(duì)于龐大的投資能否達(dá)到平衡或進(jìn)一步回收，仍抱持觀望態(tài)度，以致于封裝業(yè)者在3D IC市場(chǎng)的主導(dǎo)性不若晶圓廠。

　　雖然目前封裝廠在3D IC市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)較為薄弱，但并不代表封裝廠在芯片立體堆棧的市場(chǎng)將完全沒有機(jī)會(huì)。唐經(jīng)洲認(rèn)為，3D IC硅穿孔技術(shù)畢竟技術(shù)門坎仍相當(dāng)高，成本依然高昂，因此許多對(duì)3D IC有興趣的業(yè)者，如應(yīng)用處理器大廠，即先選擇采用2.5D架構(gòu)，作為進(jìn)入3D IC的基礎(chǔ)。唐經(jīng)洲強(qiáng)調(diào)，2.5D架構(gòu)僅純粹的芯片堆棧，毋須硅穿孔，因此技術(shù)難度相對(duì)較低，封裝廠可掌握2.5D封裝的關(guān)鍵技術(shù)，因此現(xiàn)階段封裝廠包括日月光、硅品皆已投入2.5D封裝技術(shù)的發(fā)展。

　　專門提供IC制造設(shè)備的住程(SPTS)營(yíng)銷副總裁David Butler亦表示，就該公司客戶的發(fā)展情形來看，2.5D將是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)前進(jìn)3D IC架構(gòu)的第一步，包括封測(cè)業(yè)者與晶圓代工業(yè)者目前研發(fā)重點(diǎn)皆以2.5D為主，并計(jì)劃以此為基礎(chǔ)發(fā)展3D IC。

　　陳瑞銘：3D IC市場(chǎng)尚未全面啟動(dòng)

　　觀察整體半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2011年第三季旺季不旺已成必然，但第四季與2012年，隨著微軟(Microsoft)Windows 7移動(dòng)裝置產(chǎn)品的問世與超微(AMD)試圖將x86技術(shù)進(jìn)行新的應(yīng)用，如透過40或28納米實(shí)現(xiàn)更低功耗芯片，以及Windows 8將可支持安謀國(guó)際、英特爾與超微架構(gòu)，這些非蘋果(Apple)陣營(yíng)移動(dòng)裝置新一波的市場(chǎng)高潮，將更帶動(dòng)整體半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，除了促進(jìn)SoC加速朝先進(jìn)制程發(fā)展外，3D IC將是另一個(gè)受惠的技術(shù)。

　　惠瑞捷(Verigy)臺(tái)灣分公司總經(jīng)理陳瑞銘表示，3D IC受到矚目的原因，除了可提高整合度與處理器效能外，更重要的是，毋須透過最先進(jìn)的制程即可完成，因此主要的晶圓廠與行動(dòng)處理器廠商勢(shì)必進(jìn)入3D IC的研發(fā)。

　　不過，3D IC硅穿孔技術(shù)卻也帶來許多挑戰(zhàn)，陳瑞銘指出，硅穿孔技術(shù)仍在初步發(fā)展階段，技術(shù)質(zhì)量仍不穩(wěn)定，且磨薄晶圓的技術(shù)門坎也很大，加上產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈未建立完全，也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供業(yè)者遵循。此外，如何測(cè)試3D IC質(zhì)量亦為一大學(xué)問，因此3D IC的市場(chǎng)尚未全面啟動(dòng)，反而是利用在基板上長(zhǎng)晶、毋須鉆孔的2.5D技術(shù)將成為SiP進(jìn)展到3D IC的過渡技術(shù)。此外，2.5D亦已標(biāo)準(zhǔn)化，以此標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)也將加速3D IC標(biāo)準(zhǔn)的問世。

　　除了技術(shù)的挑戰(zhàn)外，成本亦為3D IC發(fā)展不順?biāo)斓脑?。蒯定明指出，由于目?D IC產(chǎn)業(yè)鏈并未建置完全，因此3D IC的成本仍然相當(dāng)高昂，導(dǎo)致3D IC將不會(huì)成為普遍使用的芯片技術(shù)，且應(yīng)用產(chǎn)品也將鎖定于對(duì)高成本組件接受度較大的高階產(chǎn)品。

　　綜上所述，移動(dòng)裝置無疑是助長(zhǎng)3D IC發(fā)展的主要推手，即便仍有諸多挑戰(zhàn)待解，3D IC市場(chǎng)起飛已指日可待。日前剛結(jié)束的SEMICON Taiwan中，日月光集團(tuán)總經(jīng)理暨研發(fā)長(zhǎng)唐和明即表示，3D IC將是后PC時(shí)代，亦即移動(dòng)運(yùn)算時(shí)代的主流，即使全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度減緩，各廠推動(dòng)研發(fā)腳步并不停歇。今年以來從上游IC設(shè)計(jì)、整合組件制造商(IDM)、晶圓代工廠，到后段封測(cè)廠及系統(tǒng)整合廠商，都朝制定邏輯IC和內(nèi)存連結(jié)的共同標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)，2011年底即可看到成果，并做為業(yè)者開發(fā)的依據(jù)，預(yù)計(jì)2013年將為3D IC起飛元年。