台积电最新先进封装路线图揭晓!2035年前实现1μm内SoIC互连

来源:QQ快报
责任编辑:
字体:

芯东西(公众号:aichip001)

编译 |高歌

编辑 |江心白

芯东西8月24日消息,美国时间8月22日,一年一度的行业热点大会Hot Chips于线上展开。台积电Pathfinding for System Integration副总经理余振华分享了台积电的chiplet(小芯片)和3D封装技术。

具体来说,余振华回顾了SoIC(System on Integrated Chips)、InFO(Integrated Fan-out)和CoWoS(Chipon Wafer on Substrate)等台积电3DFabric技术平台的封装技术,并公布了CoWoS封装技术的路线图。台积电预计将在今年晚些时候发布第五代CoWoS-S技术,其晶体管密度将是第三代的20倍。

除了3DFabric,余振华还提到了有关新型异构集成的解决方案,包括先进热处理和COUPE异构集成技术。以下是芯东西对余振华演讲的编译。

▲台积电Pathfinding for System Integration副总经理余振华

一、半导体行业正在由CMOS转向CSYS

首先余振华回顾了台积电3DFabric技术平台的细节,该技术平台包含台积电前端芯片堆叠SoIC技术和后端先进封装CoWoS和InFO技术。

SoIC技术有CoW(Chip on Wafer)和WoW(Wafer on Wafer)两种键合方式。根据互连方式的不同,InFO可以分为InFO-R和InFO-L两种;CoWoS则可以分为CoWoS-S、CoWoS-R和CoWoS-L三类。

余振华认为,chiplet和3D封装等技术正在开启一个新的时代,也将成为CMOS到CSYS(Complementary Systems,SOCs and Chiplets integration)、摩尔到超越摩尔的过渡。

随着时间发展,台积电的先进封装技术也会从InFO和CoWoS变为SoIC和InFO、CoWoS相结合。

具体来说,InFO-R/oS 2018年实现量产,针对HPC(高性能计算)升级的chiplet封装技术,铜凸点间距为130μm。

由于HPC应用的发展,伴随容量和速率的提升,InFO_oS的面积和功率也随之增长。

在超高性能计算系统(Ultra High Performance Compute Systems)中,余振华给出了InFO_SoIS和InFO_SoW两种技术的示意图,还附带了有关特斯拉AI Day的博客链接。

▲特斯拉AI Day博客链接:https://www.teslarati.com/tesla-ai-day-live-blog

其中InFO_SoIS以InFO2作为有机基板,支持和KGDs-chip、无源、组件、PKGs等进行FC/InFO/CoWoS堆叠。Stiffener ring(硬化环)的边长为91mm。

InFO_SoW的尺寸较为紧凑,由于其成熟度,具有高带宽密度特性。其C2C通信延迟和PDN(电源分配网络)阻抗也较低。

相比Benchmark MCM,InFO_SoW在带宽密度和PDN阻抗上具有较为显著的优势,其带宽密度为Flip-Chip MCM的2倍,其PDN阻抗仅为3/100。

总的来说,InFO_SoW是业界第一个全晶圆异质集成技术,在带宽密度和PDN阻抗上具有显著优势;在热处理方面,其具有可扩展的POC热处理方案,功率密度仅为1.2W/mm ;在过程的鲁棒性上,InFO_SoW能够通过晶片级快速检测和系统级可靠性测试,CPI(Chip package interaction,半导体封装压力与半导体器件之间的相互作用)风险相对较低。

二、CoWoS-S路线图发布,2023年或推出第六代技术

由于第五代CoWoS-S技术采用了新的热界面材料(Tim)和TSV(硅通孔技术),其在导热和互连性能上都有所提升。余振华称,CoWoS-S技术已经被台积电应用了十年之久,其产量和品质都有所保证。

根据台积电CoWoS路线图,台积电预计将在今年晚些时候发布第五代CoWoS-S技术。相比第三代技术,第五代CoWoS-S的晶体管数量将增加20倍,中介层面积也会提升3倍。第五代封装技术还将封装8个128G的HBM2e内存和2颗大型SoC内核。

在基于N7工艺的SoC上,相比倒装芯片(Flip chip),CoWoS的CPI风险仅为2/5。

余振华称,计划今年发布的CoWoS-S技术采用了更厚的金属层(5Mi)、eDTC*和HBM2e,将进一步推动高性能计算发展。

同时,HBM高带宽显存技术的发展也会降低系统功耗,第六代CoWoS-S技术甚至可能封装超过8颗HBM。

余振华也提到了CoWoS-S STAR,该技术能够缩短芯片设计、上市时间。2020年,CoWoS-S STAR技术的成功率为100%;2021年,台积电预计其采用率将会增长4倍。

CoWoS-L则主要用于异构集成,可以利用InFO和CoWoS集成硅桥、被动元件等,并通过重布线层(RDL)优化CT、芯片性能等。

三、台积电芯片互连路线图发布,2035年前或实现微米内SoIC互连

3D芯片堆叠技术SoIC则是台积电封装技术的另一个重点。台积电在CoW方面正在开发N7-on-N7和N5-on-N5等;WoW方面,台积电则在开发Logic-on-DTC(Deep Trench Capacitor)。

台积电也公布了其SoIC研发进度,CoW和WoW的研发进度基本一致,为N7/N6工艺,预计明年将会实现基于N5工艺。

余振华还在本次演讲中透露了台积电芯片互连路线图,预计将于2035年前实现1μm以内的SoIC互连

在1μm以内,台积电CoW可以直接集成SoIC bonding工艺和SoC后端互连。

余振华称,更大的SoIC可以通过堆叠2D单元或3D层,实现更多的内存容量和功能。热能瓶颈(Thermal wall)的解决与否决定了三维堆叠中积累的热量。

通过更换热界面材料,芯片的封装热阻也在不断降低,Metal TIM材料的封装热阻仅为Gel TIM材料的3/20。

余振华还披露了硅、水、TIM、液态块体硅(Bulk Si in lid)和块体硅(Bulk Si)等材料的冷却基准测试结果。

四、异构集成技术COUPE减少电耦合损耗

事实上,由于网络流量的爆炸性增长,数据中心开始向硅光子领域发展,以降低功耗、提高传输速度。为了满足能耗比、单位成本等要求,紧凑型通用光子引擎(Compact Universal Photonic Engine)诞生。

硅光子技术的进步也驱动了硅光子封装技术的发展,从Pluggable Optics到On-Board再到Co-Packaged Optics,驱动部件变得更加靠近,带宽、功率效率等都在提升。

余振华说,光子引擎集成方案有单片集成和异构集成两种。单片集成有着更高的数据传输速率和功率效率。台积电的COUPE异构集成技术则可以最大限度地减少电耦合损耗。

COUPE的电接口性能较为出色,其寄生电容比uBump低85%,PDN阻抗低51%。

在功耗和速率方面,COUPE在相同速率下,功耗比ubump低30%;在相同功率下,COUPE的速度为ubunp的170%。

由于光可以垂直耦合(GC)或水平耦合(EC),COUPE的光接口也分为GC和EC两种。GC要求保持光路的清洁度和完整性,EC则要防止与块体硅出现重叠。

余振华还公布了COUPE的光栅耦合器插入损耗和边缘耦合器插入损耗。而通过COUPE,GC和EC可以基于相同的结构进行构建。

最后,余振华总结:台积电的3DFabric技术平台将会继续扩大封装规模,减少3D堆叠互连密度,以提升功耗表现。台积电利用3DFabric技术的硅光子集成技术COUPE将会进一步提升系统性能。而3D堆叠的热能瓶颈将会被新微型制冷系统所解决。

结语:封装技术已成芯片性能、成本优化重要方式

随着摩尔定律发展放缓,晶体管密度提升的难度越来越大。为了满足各类新兴技术的需求,先进封装技术成为了芯片厂商优化芯片性能和成本的重要方式。

英特尔、三星、台积电等芯片巨头都有着自己的3D封装技术。台积电不仅在封装技术上不落人后,也拥有多个后端晶圆厂,负责封装、测试等工序。本次余振华的演讲也透露出台积电对封装技术看重。

来源:Comeputer Base、Wccftech

您可能还关注以下内容:

AMD的CPU主频和制作工艺哪个重要!

答:新X2 3600+基于65nm Brisbane核心,主频为1.9GHz,比老的3600+低了100MHz,缓存容量由2×256KB提升到了2×512KB,新品依然是65W TDP 参考下面两个文章,非常全面。http://www.it.com.cn/f/diy/072/5/382430.htm ...

声明:以上内容并不代表本网赞同其观点。如有任何问题,请与不良与违法信息举报中心联系:513175919@qq.com。

www.book1234.com true http://www.book1234.com/q/20210824/20210824A0EFDK00.html report 32256
  • 台积电最新官宣
  • 2035年基本实现
  • 到2035年基本实现
  • 2035年中国将实现什么
  • 2035年基本实现现代化
  • 到2035年基本实现新型
  • 2035年实现
  • 2035年基本实现国家
  • 2035年我国基本实现
  • 力争到2035年基本实现
  • 娱乐时尚
  • AMD的CPU主频和制作工艺哪个重要!
  • 历史文化
    真视界
    旅游美食
    精彩图文
    我爱我车
    母婴健康
    关于本站 | 广告服务 | 手机版 | 商务合作 | 免责申明 | 招聘信息 | 联系我们
    Copyright © 2004-2018 book1234.com All Rights Reserved. 布客网 版权所有
    京ICP备2021021884号-4 京公网安备11010802011102号