2022-08-04|閱讀時間 ‧ 約 7 分鐘

【半導體】先進製程及先進封裝

先進製程 : 用奈米數表示IC的生產技術等級(Technology Node),

業界稱7奈米以下的為先進製程

先進封裝 : 將 CPU、GPU、DRAM等IC利用3D堆疊進行封裝成一顆晶片

■半導體元件分類

半導體封裝針對各式元件需求,有著不同的封裝型式; 因此 , 在探討封裝前

先釐清半導體元件主類如下圖

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■IC先進製程 ( 7奈米以下的IC製程 )

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●晶片尺寸定義

●IC先進製程定義

用奈米數表示IC的生產技術等級(Technology Node),

業界稱7奈米以下的為先進製程,其定義如下圖

https://www.mdpi.com/2076-3417/10/8/2979/pdf?version=1587811161

●三大晶片結構 : FD_SOI , FinFET , GAAFET

1.FD-SOI (完全空乏型矽絕緣層金氧半電晶體 ) : 以 GF(格羅方德)為主

2.FinFET (鰭式場效電晶體) : 以台積電(TSMC) , IBM , Intel 為主

3.GAAFET (閘極環繞場效應電晶體) : 以台積電(TSMC) ,三星為主

https://www.nature.com/articles/srep00475

●GAA-MOSFET製程圖例

(a) VGAA-MOSFET 的典型製程示意圖。 VGAA-MOSFET 的典型結構，包含

(b) 單柱通道和 (c) 源極（或漏極）金屬電極和多柱溝道。

隔離層未顯示在（b）和（c）中。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369800121003929

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■IC先進封裝

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IC先進封裝指將類比數位CPU、GPU、DRAM等IC利用2.5D或3D堆疊

成CoWoS (2.5D), InFO (2.5D),SoIC (3D)等類型於一顆晶片上

(1)CoWoS - 2.5D封裝 ,或稱異質性封裝

●CoWoS 技術

就是有兩個基板(Substrate)概念。中間那層基板為矽中介層

(Interposer,可以選用有機材料)，用來做為晶片和底層Substrate的

共同基板，上面堆疊Side by Side的不同晶片(包含邏輯晶片、DRAM)，

底層使用的是矽基板。

當需要傳輸高速訊號時，就可採用CoWoS方案

●適用於高速傳輸設計, 例如賽靈思(Xilinx)FPGA就是採取這種設計。

(2) InFO -2.5D封裝技術

●InFO 整合型扇出(InFO)特點就是整合扇出封裝技術(Fan-out)製程，

也就是說晶片下方以外的地區，可以增加更多的Pin數量，同時在基板上面

可以堆疊更多不同的晶片，且中間無需有Interposer，也因此成本下降20~30%，同時散熱效能也會更高。此外，不同於CoWoS製程，InFO因為線路較為簡單，可以將多餘的空間提供給RF晶片

●適用於射頻(RF)類型 : 例如蘋果(Apple)的iPhone 7採用InFO製程。

即便該技術的散熱量和速度不及CoWoS，但本身便宜、散熱佳又支援

RF技術，仍舊非常吸引廠商採納。

(3)SoC - 3D 封裝

●運用TSV(Through Silicon Via)和晶圓(Chip-on-wafer)接合製程

來支援多晶片的堆疊，並提供無突起(Bumpless)接合結構，以實現更佳的

效能。

●SoC 適用於雲端和資料中心的應用。

■IC 封裝的應用領域

【永不妥協-實驗室的挑戰故事】# 科技小尖兵片段（鰭式電晶體）

【視頻】半導體奇妙的旅程—從原子結構的量子探索到人工智慧的開花結果

｜盧志遠院士

【視頻】ASML: TSMC's Critical Supplier, Explained

【視頻】半導體三大件之一的光阻液、重要性堪比光刻機，為何全落在日本手上？

【TIPS】日本爽賣IC製造耗材,惦惦吃三碗公

【TIPS】英文所寫名詞

SOS = Silicon on Sapphire, 藍寶石上覆矽

SOI = Silicon On Insulator絕緣體上覆矽

MOS-FET = Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 簡稱 MOS

金屬－氧化物(絕緣體)－半導體場效電晶體(金-氧-半導電晶體)

FD-SOI = Fully Depleted Silicon-on-Insulator全空乏絕緣上覆矽

FinFET = Fin Field-Effect Transistor鰭式場效電晶體

TSV = Through-silicon Vias 矽穿孔

CoWoS = Chip on Wafer on Substrate 基板上晶圓上封裝

InFO = Integrated Fan-Out 整合扇出型封裝

SoC = System on Chip 系統單晶片封裝

WoW = Wafer on Wafer 多晶圓堆疊封裝

PoP = Package on Pakage 疊層封裝

WLP = Wafer-Level Package 晶圓級封裝

SiP = System in Package 系統級封裝

AiP = Antenna in Package 整合天線模組

HBM = High Bandwidth Memory 高頻寬記憶體

MCM = Multi-Chip-Module 多晶片模組

MCP = Multi-Chip-Package 多晶片封裝

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