台积电争霸芯片未来的新秘技
2022-03-28
14:00:32
来源: 半导体行业观察
来源：内容来自
联合报
，谢谢。
近期台积电、三星及英特尔都不约而同强化对先进封装的投资，这不仅凸显先进封装将是继芯片制程由纳米推向埃米，也是晶圆厂让芯片效能更加强大的利器，由于封装架构工艺仍有很大突破空间，因此将生产完成的芯片，如何运用独门秘技，封成整合度更高、更强大的芯片，已成为芯片制造厂及封装厂的新战场。
以芯片厂的营运模式，包括英特尔、三星等大多自己生产芯片，并自行封装测试，如果自家产能不足以应付，可将部分芯片外包给专业封装厂代为封装及测试，这类公司因生产一手包，又称为整合元件大厂（IDM）。
台积电则是专注晶圆代工厂，过去大多只专注负责芯片生产，后段封测则由台积或客户自行转交给日月光、矽品、艾克尔、力成、颀邦、南茂、超丰或大陆的江苏长电、通富微等公司。
半导体业者表示，全球半导体供应链经历长期演变，已逐步发展一套完整且区域分工的供应链体系，台湾因专注在芯片制程和后段封测，因而成为全球芯片制造及后段封测中心，目前这两项都排名全球第一。在美中贸易战及新冠肺炎疫情造成全球芯片断链危机下，台厂群聚效应持续扩大。
不过，随着芯片制程微缩逐渐遭遇瓶颈，芯片追求更高效能及更低功耗的需求有增无减，因而催生业者透过先进封装，延续摩尔定律的发展，并进而让异质整合封装，成为新显学。
为何要异质整合，顾名思义就是要把不同功能的芯片，整合在一起。如果不考虑芯片尺寸愈来愈小，单纯把不同功能的芯片放在同一片载板，封在一起，这就类似在平地盖上三、四座平房，然后再用围墙围起来，其实难度不高。
但随芯片发展愈来愈讲究效能与尺寸微缩，还要完成封装，就如同过去在一大块面积上盖房子，现在变成在有限的面积上盖大楼，逐步将芯片堆叠，后来更演变要把不同制程的芯片、甚至不同功能的芯片，全封成一颗。这类的芯片就像把高运算的芯片、和辅助运算记忆体封在一起；或是把微控制器、影像感测器、温湿度感测器和功率元件及被动元件整合在一起，就叫做异质整合封装。追求微缩的目的，就是要腾出更多的空间让电池加大续航力。
如果按照过去芯片制造由台积电负责，后段封装由日月光或矽品负责，封完的芯片出货到鸿海等系统组装厂，若运作一切正常，品牌厂受到消费者喜爱，手机、笔电、电视大厂赚到钱，就会持续砸钱，支持开发更先进、功能更强大的产品，各生产体系订单也会跟进源源不绝。
不过，摩尔定律逐步遭到瓶颈，异质芯片整合难度愈高，如果芯片出了问题，到底是哪一端出了问题，究责晶圆制程厂时推给后段封装厂，但后段封装厂又推给芯片制造厂或芯片设计本身出问题，在类似事件层出不穷后，就逐步衍生品牌大厂干脆要求晶圆制程厂全包，芯片开发商或品牌厂，只对单一窗口，若芯片出问题，由提供整合服务商负责，看要是全做或赔偿，就比较单纯。
解密科技宝藏展览中展示技术成果，芯片对晶圆封装。图／联合报系资料照片
台积电后来跨足后段封测，也是在客户要求下，逐步提供整合后段服务。不过初期因后段封测毛利率低，台积电始终不愿扩大规模，但随着AI人工智能兴起，加上5G加快各类芯片应用，为符合高效能、高传输、低延迟及低功耗等要求，终于为异质芯片整合打开一片天。
台积电即靠着独特的芯片整合服务及先进后段封装，连续拿下苹果好几个世代的手机处理器代工大单；可编辑逻辑元件大厂赛灵思长期第一个率先采用台积电最先进封装，市占率一路领先对手；后续协助超微处理器痛击英特尔，快速抢占市占。
台积电后来甚至以此自豪，干脆整合所有封装平台为3D Fabric，提供更完整的先进封装服务，并同步在北、中、南扩建封装厂，在日本成立先进封装材料研发中心，甚至延缆前美光董事长徐国晋回锅，担任导线与封装技术整合部片负责人，虽然台积电迄今未公布其头衔，但据同业透露，这个编制规模已逾150人，要壮大小芯片（Chiplet）发展规模，都可以看出台积电对先进封装高度重视程度。
三星、英特尔也看到此趋势发展，都大力在这领域布局。三星去年6月就宣布下一代2.5D 封装技术I-Cube4芯片上市。三星的I-Cube就是一种异质整合技术，可将一个或多个逻辑芯片（如CPU、GPU等）和多个记忆体芯片（如高频宽记忆体，HBM）整合连结放置在矽中介层（Interposer）顶部，让多个芯片为单个元件工作。
三星更在近期宣布设立半导体封装与测试（TP）中心，要在后段制程上提高竞争力，追赶台积电。
英特尔执行长基辛格（ Pat Gelsinger）在去年底短期来台拜会台积电高层后，随即飞往主持马来西亚封测厂加码70亿美元的扩建典礼，日前宣布在欧洲斥资330亿元扩大晶圆厂投资中，也包括要斥资100亿元，在意大利设立测试与封装厂。
由于英特尔在封装领域，有其独特坚强实力，是该公司长期在中央处理器独霸的关键，如今随着启动IDM2.0，冲刺晶圆代工版图，也将成为抢占想要推出高效能异质芯片客户的重要凭证，对台积电的威胁不容小觑。
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