尽管半导体产业乌云未散，AI仍是被一致看好的未来趋势，台积电也为了客户启动CoWoS大扩产计划。近日业界传出，继AMD后，苹果正小量试产最新的3D小芯片堆栈技术SoIC（系统集成芯片），目前规划采用SoIC搭配InFO的封装方案，预计用在MacBook，最快2025-2026年间有机会看到终端产品问世。

台积电SoIC是业界第一个高密度3D小芯片堆栈技术，通过Chip on Wafer（CoW）封装技术，可以将不同尺寸、功能、节点的晶粒进行异质集成，并于竹南六厂（AP6）进入量产。其中，AMD是首发客户，其最新的MI300即以SoIC搭配CoWoS。

业界人士表示，不同于AMD，苹果规划采用SoIC搭配InFO的解决方案，主要是基于产品设计、定位、成本等综合考量。若未来SoIC顺利导入大宗消费性电子产品，有望创造更多需求及量能，并大幅提升其他大客户的导入意愿。目前SoIC技术还刚起步，月产能近2,000片，预期未来几年将持续翻倍增长。


什么是SoIC技术？

2018年4月的美国加州圣塔克拉拉第二十四届年度技术研讨会上，台积电首度对外界公布了创新的系统整合单芯片(SoIC)多芯片3D堆叠技术。

据介绍，SoIC是一种创新的多芯片堆叠技术，是一种晶圆对晶圆的键合技术，SoIC是基于台积电的CoWoS与多晶圆堆叠(WoW)封装技术开发的新一代创新封装技术，这标志着台积电已具备直接为客户生产3D IC的能力。

根据台积电官方介绍，SoIC服务平台提供创新的前段3D芯片间堆叠技术，用于重新集成从片上系统（SoC）划分的小芯片，最终的集成芯片在系统性能方面优于原始SoC，并且它还提供了集成其他系统功能的灵活性。相较2.5D封装方案，SoIC的凸块密度更高，传输速度更快，功耗更低。

台积电指出，SoIC服务平台可满足云，网络和边缘应用中不断增长的计算，带宽和延迟要求。它支持CoW和WoW方案，而这两种方案在混合和匹配不同的芯片功能、尺寸和技术节点时提供了出色的设计灵活性。

2020年，台积电宣布将其2.5D和3D封装产品合并为一个全面的品牌3DFabric，进一步将制程工艺和封装技术深度整合，以加强竞争力。

3DFabric平台由SoIC(系统整合芯片)、InFO(整合型扇出封装技术)、CoWoS(基板上芯片封装)所组成，提供业界最完整且最多用途的解决方案，用于整合逻辑小芯片技术(Chiplet)、HBM、特殊制程芯片，实现更多创新产品设计。


为什么是3D封装？

3D封装的最大好处之一是缩短距离。“你可以提出一个论点，即存在二的平方根效应，”Synopsys的Aitken说。“在信号传输过程中会产生大量热量，”EV Group的Uhrmann说。对于CMOS，你充电和放电是为了存储，然后传递信息。缩小和堆叠芯片将使您能够使其更小，因此可以在第三维度传递信息。但你可能只有3D的缓冲区，而不是大型PHY和通信协议。

尺寸有两个优势——产量和占地面积。“假设在多个芯片上分布相似数量的逻辑芯片，较小对象的产量将高于一个较大对象的产量，”Aitken说。因此，你可以降低一定程度的成本。当然，你正在增加其他成本，但随着时间的推移，这些成本会下降。

从 2D 封装的角度来看，堆叠芯片可以显著减少面积。“通过堆叠，我可以在同一区域内获得三倍的逻辑量，”西门子的Mastroianni说。你最终会得到更多的逻辑。因此，您可以在该区域安装更大的马力，如果您有区域限制，则可能会降低系统成本。

异质性可能是另一个好处。“异构技术架构已经成熟，可以进行3D集成，”Lightelligence工程副总裁Maurice Steinman说。考虑混合技术组件，例如光子IC及其配套电子IC。对于其中一些集成，根本没有其他方法可以提供所需的数千个芯片到芯片互连，而不会造成大量的功耗或性能牺牲。

混合技术仍然主要是未知的领域。“如果你的设计不适合标线尺寸，那么为了能够建造更多的逻辑门，你就需要用到3D封装”Mastroianni说。但肯定有一些情况下，你可能想要混合搭配。也许你有一个真正想要的尖端技术的计算引擎，但其余的东西有很多控制，你可以在一个不那么激进的流程节点中做。


国内在先进封装上的进击

自80年代中期，封装已经成为我国半导体供应链中的关键环节。而现在先进封装已经成为中国半导体行业的技术重点。国内的长电科技、通富微电以及天水华天都已经在先进封装上进行了布局，不止是传统的封装厂，更有一些芯片厂商和新崛起的封装新势力正在向先进封装迈进。

深圳同兴达子公司昆山同兴达，于2021年10月15日，与昆山日月光签订协议合作“芯片先进封测（Gold Bump）全流程封装测试项目”。先进封装技术在显示驱动IC及CIS芯片中有着重要作用。中国大陆Gold Bump封测产能较少，尤其直接面对显示驱动IC及CIS芯片的Gold Bump封测产能更是稀缺。

SiP封装也是国内很多企业在发力的一大方向。根据Yole预测，2025年先进封装的占比将提升至整体封测行业的49.4%，其中SiP封装被市场看好，在2020年到2026年年间，基于覆晶(FC)和打线接合(WB)的SiP市场将以5%的CAGR成长至170 亿美元的规模。同期，嵌入式芯片(Embedded Die，ED) SiP市场则将以25%的CAGR 增加到1.89亿美元；扇出型(FO) SiP市场价值预计以6%的CAGR20-26成长至16亿美元。

2021年12月15日，华宇电子集成电路先进封装测试产业基地项目三期开工，据其官微介绍，三期项目总投资10亿元，总建筑面积4.50万平方米，封装技术向SiP系统级3D封装技术及LGA、BGA先进封装技术升级，预计2022年实现投产。

再就是正在SiP快封领域探索的摩尔精英，据了解，摩尔精英无锡SiP封测中心，一期总投资5亿元，建筑面积1.5万平。该厂的年规划产能超过1亿颗，产品包括：FCBGA工程批、SiP设计和工程批、SiP量产和测试。据悉，2022年无锡SiP封测中心可生产FC+WB技术的复杂SiP产品，同时也可生产FC及WB标准产品。到2023年可生产FC+WB+SMT的产品。2024年，无锡SiP封测中心的目标是开发AiP技术，以及进行电磁隔离技术的SiP设计和生产。

华为也看好封装这一环节，旗下华为哈勃投资了多家封装领域的厂商。不仅如此，2021年12月28日，华为还注册6亿元成立华为精密制造有限公司，发力封装环节。有华为内部人士表示，“我们不生产芯片，主要业务是华为无线、数字能源等产品的部分核心器件、模组、部件的精密制造，包括组装与封测。经营范围中提及的‘半导体分立器件’主要是分立器件的封装、测试。”

国内还有很多新的封装项目正如雨后春笋般崛起，例如在2022年1月12日，宁夏储芯集成电路产业研发项目正式投产，2条微组装生产线和1条多芯片封装线也正式投产运行。据悉，该项目总投资4亿元人民币，占地面积50亩，目前投资2亿元实施一期工程。一期工程将建设3条表面贴装(SMT)生产线和1条集成电路封装生产线，主要生产无线热点过滤模块、射频前端模块、集成射频开关和滤波器以及4K超短距LED投影仪，产品主要应用于智能手机、平板电脑和车载存储。


结语

毫无疑问，现在封装作为产业链的重要一环，已经成为各大厂商发力的重点。摩尔定律的放缓正在推动根本性的变化。我们正处于先进封装推动的半导体设计复兴之中。