一個價值10億美元的秘密！臺積電十年磨一劍，＂至尊殿堂＂技術(shù)要讓三星再輸一次

眾人一講到半導(dǎo)體高端技術(shù)，第一個聯(lián)想到的是ASML的光刻機(jī)，但真正讓臺積電狠甩三星電子（SamsungElectronics）幾條街，大啖蘋果（Apple）訂單的關(guān)鍵，卻是來自于半導(dǎo)體界最末端的“傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)”：封裝技術(shù)，臺積電進(jìn)入該領(lǐng)域晚于三星，但從此由前段制程吃到后段工藝，這種一條龍的技術(shù)與服務(wù)宛若“神奇大補(bǔ)丸”，從此蘋果離不開它！

更讓競爭對手豎起寒毛的是，臺積電在今年首度揭露一種全新的封裝架構(gòu)，同時也賦予一個獨特名字：“SoIC”（system-on-integrated-chips）。然該技術(shù)細(xì)節(jié)一公布，業(yè)界便議論紛紛指出，“這不就十分接近3DIC架構(gòu)嗎？”，業(yè)內(nèi)人士指出，臺積電從來都是“事做成了才會說”，這次敢公開講這個技術(shù)，一定是有十足把握才會提。

（來源：臺積電）

3DIC是半導(dǎo)體“至尊”殿堂，這一把劍臺積電磨了超過十年

3DIC技術(shù)已經(jīng)被半導(dǎo)體業(yè)界討論多年，但難度十分高，是透過高度的堆疊來整合不同性質(zhì)的晶圓，有別于2.5Ｄ封裝是不同的Die(晶粒)在基板上做平行排列，其技術(shù)層次是半導(dǎo)體界的“至尊”殿堂。

而臺積電這次提出的接近3DIC架構(gòu)的“SoIC”技術(shù)絕非是橫空出世，甚至可說是“歷經(jīng)磨難”才找到的“桃花源”，這一把劍磨了可不止十年。

SoIC是一種創(chuàng)新的多晶片堆疊技術(shù)，主要是針對10nm以下的工藝技術(shù)進(jìn)行晶圓級接合，特色是SoIC技術(shù)沒有突起的鍵合結(jié)構(gòu)，是一種直接Wafer-on-wafer的接合技術(shù)，可以把很多不同性質(zhì)的芯片整合在一起，而當(dāng)中最關(guān)鍵之處，是在于接合的材料。

（來源：臺積電）

臺積電掌舵IntegratedInterconnect&Packaging部門的副總余振華提到SoIC技術(shù)時透露，Wafer-on-wafer接合的材料是個“billiondollars”的秘密!

同時，近期臺積電首度揭露SoIC封裝技術(shù)的最新進(jìn)展時間表，將在從2020年起為臺積電貢獻(xiàn)營收，并將在2021年創(chuàng)造顯著收入貢獻(xiàn)。

回顧過往，臺積電的封裝技術(shù)之路是幾經(jīng)波折，先是提出2.5D版的CoWos技術(shù)，再提出橫掃市場且獨吃蘋果的InFO技術(shù)，下一個要制霸的，是逼近3DIC層次的SoIC技術(shù)。

10年前超低調(diào)成立封裝部門，就怕合作伙伴抱怨“搶飯碗”

臺積電在2008年底成立導(dǎo)線與封裝技術(shù)整合部門(IntegratedInterconnectandPackageDevelopmentDivision,IIPD)，要進(jìn)軍封裝領(lǐng)域和合作伙伴“搶飯碗”的消息不脛而走，一度看在封測業(yè)者的眼里是很不是滋味。

封測產(chǎn)業(yè)被半導(dǎo)體界視為是高端技術(shù)領(lǐng)域中的“傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)”，在專業(yè)分工縝密的行業(yè)特性下，封測業(yè)的運(yùn)營型態(tài)一直是非常成熟傳統(tǒng)、低毛利率，與臺積電擅長的技術(shù)密集、資本密集、高毛利率是大相徑庭。

然而，臺積電為什么要進(jìn)入封裝領(lǐng)域？因為早在10年前，公司就看出，隨著工藝不斷往下微縮，后段封裝技術(shù)會跟不上前段制程，如此發(fā)展會拖累臺積電開發(fā)高端技術(shù)的速度，而摩爾定律撞墻的預(yù)言也會成真，唯一解決之道就是從前段到后段一條龍做到底，自己打通任督二脈。

當(dāng)然，另一個讓臺積電如鯁在喉的理由，是主要競爭對手三星早已采用從前段做到后段的模式，因此，跨入封測產(chǎn)業(yè)成為臺積電勢在必行的策略，但初期又必須非常小心翼翼，深怕合作伙伴過度反彈。

為了“咬一口蘋果”，與三星上演“頂尖對決”戲碼

臺積電在2008年成立導(dǎo)線與封裝技術(shù)整合部門后的第一個任務(wù)，是將超低介電層（ExtremeLow-KDielectric,ELK）導(dǎo)入45/40納米工藝技術(shù)，接著突破導(dǎo)線與封裝相關(guān)技術(shù)瓶頸，讓第一批GPU和FPGA客戶的產(chǎn)品順利量產(chǎn)。

當(dāng)臺積電進(jìn)入封裝領(lǐng)域，又全力押寶手機(jī)應(yīng)用，與勁敵三星電子之間的“頂尖對決”一役火熱上演，在爭奪蘋果處理器訂單上達(dá)到高潮。

（來源：臺積電）

蘋果第一顆iPhone處理器是2010年問世的A4芯片，之后的A5、A6、A7芯片都是由三星打造，然三星在智能手機(jī)領(lǐng)域的強(qiáng)勢拓展，對蘋果iPhone的威脅越來越大，演變成雙方互告專利侵權(quán)是吵得面紅耳赤。

因此，2011年就傳出蘋果秘密與臺積電接觸，討論代工處理器一事，此舉引發(fā)三星十分激烈的反擊，開始私下四處找分析師放話表示，臺積電的技術(shù)還不夠成熟、相關(guān)專利都在三星手上，只要臺積電敢做一定告到底等。

當(dāng)時就盛傳蘋果的A6處理器會從三星轉(zhuǎn)到臺積電，但最后仍是由三星代工，韓國媒體還形容“因為臺積電做不出A6芯片，讓蘋果只能接受三星大漲價格且繼續(xù)合作”。

但事實上，蘋果與臺積電這對“新朋友”從接觸認(rèn)識到真正合作，花了很長的時間溝通與磨合。

臺積電、蘋果磨合三年，A8處理器橫空出世

為了爭取蘋果訂單，臺積電2011年底就組織一批將近百人的研發(fā)團(tuán)隊長期駐扎美國蘋果總部，但是一直到2014年，臺積電以20納米為蘋果打造A8處理器才真正量產(chǎn)問世，中間磨合了三年，傳出有兩大原因。

一是要先解決專利問題，三星因為握有許多邏輯、存儲等相關(guān)專利，是綁住蘋果訂單的一大誘因，且為求謹(jǐn)慎，臺積電也花了更長的時間通過蘋果的的認(rèn)證，雙方確保所有矽智財都不會有侵權(quán)的疑慮，蘋果才正式轉(zhuǎn)單給臺積電。

第二個原因，傳出就是因為臺積電后段封裝制程不夠穩(wěn)定，成了爭取蘋果訂單最大的絆腳石，逼得臺積電在2011年底，首次將封裝技術(shù)COWOS（ChipOnWaferOnSubstrate）這個秘密武器在眾人面前揭露，從此，臺積電在封裝領(lǐng)域上的一舉一動，成了業(yè)界關(guān)注的焦點，不單是競爭對手三星緊緊盯著，所有封測業(yè)者都也張大眼睛瞧著。

（來源：臺積電）

之后劇本發(fā)展更是大轉(zhuǎn)彎，后段的封裝技術(shù)不足，原本是臺積電爭取蘋果A6處理器輸給三星的原因，但自從在A8處理器訂單大獲全勝后，臺積電的封測技術(shù)反而成為擊敗三星、獨吃蘋果訂單的秘技，對照臺積電超過30年的發(fā)展史，一個2008年才成立的年輕部門，卻為臺積電打贏極為漂亮的一仗！

臺積電的封裝分為兩大技術(shù)，一是專注于高階客戶市場的整合型扇出封裝CoWoS封裝技術(shù)，二是經(jīng)濟(jì)型InFO（IntegratedFan-out）技術(shù)。

CoWoS封裝技術(shù)最先搬上臺面，雖然市場好評不斷，但因為價格較高，只能鎖定部分高端用戶，像是GPU、FPGA等應(yīng)用，臺積電馬上修正策略，主打經(jīng)濟(jì)版的InFO封裝技術(shù)，遂成為手機(jī)客戶采用的主力，也是獨吃蘋果訂單的關(guān)鍵。

InFO成為獨享蘋果訂單關(guān)鍵，逼得三星投入FOWLP技術(shù)應(yīng)戰(zhàn)

InFO封裝技術(shù)其實就是FOWLP（Fan-OutWaferlevelPackage），該技術(shù)是2008年由德國英飛凌（Infineon）提出的扇出型晶圓級封裝，特點是不需要IC基板，因此可以降低芯片的厚度，但因為良率無法完全克服等問題，當(dāng)時的FOWLP技術(shù)被提出后，并沒有立刻成為業(yè)界主流。

臺積電以FOWLP技術(shù)為基礎(chǔ)加以改良后，在2015年提出整合型扇出封裝（IntegratedFan-out,InFO）技術(shù)，將16納米的邏輯SoC芯片和DRAM芯片做整合，特別適合低功耗、強(qiáng)調(diào)散熱、體積小、高頻寬的應(yīng)用，像是智能手機(jī)、平板電腦和物聯(lián)網(wǎng)芯片，并于2016年開始實現(xiàn)量產(chǎn)，再次獨享蘋果，氣走三星。

屢屢吃敗戰(zhàn)的三星也下定決心要進(jìn)軍FOWLP封裝技術(shù)的開發(fā)，并且投入比FOWLP技術(shù)層次更高的FoPLP扇出型面板級封裝(Fan-outPanelLevelPackage)，可以看出封裝領(lǐng)域已經(jīng)成為半導(dǎo)體大廠一較高下的技術(shù)殿堂。

但行業(yè)內(nèi)人士也分析，不單是三星，許多封裝業(yè)者也對于投入FoPLP技術(shù)躍躍欲試，像是封測大廠日月光等。然而，如同F(xiàn)OWLP技術(shù)在發(fā)展過程中遇到眾多挑戰(zhàn)，眼前的FOPLP技術(shù)面臨的問題更多，如異質(zhì)材料與非對稱架構(gòu)所導(dǎo)致的芯片位移(dieshift)、翹曲(warpage)、熱膨脹系數(shù)(CTE)管理等問題。

同時，為實現(xiàn)更高密度重布線層(RDL)、更精細(xì)的線寬，需要在材料和設(shè)備上有所創(chuàng)新，已有半導(dǎo)體業(yè)者將面板生產(chǎn)上的經(jīng)驗與設(shè)備運(yùn)用于FOPLP制程上，解決部份問題，但整體而言，還需要尋求更佳的解決方案，因此，F(xiàn)OPLP技術(shù)還有一段摸索期。

至于臺積電在封裝領(lǐng)域的下一步，在今年首度對外揭露方向，提出SoIC封裝技術(shù)，業(yè)界認(rèn)為，SoIC封裝幾乎是3DIC技術(shù)層次，臺積電敢對外做這樣的表述，絕對是投入技術(shù)開發(fā)已久，已經(jīng)獲得技術(shù)上的進(jìn)展，更透露其在封裝領(lǐng)域要持續(xù)稱霸的雄心！

摩爾定律是否走到盡頭引發(fā)許多討論，從臺積電、三星的策略可以得知，半導(dǎo)體前段工藝再微縮下去有限，解除后段封裝技術(shù)的瓶頸成為延續(xù)該定律的解決之道。

這也隱隱透露著，長達(dá)數(shù)十年專業(yè)分工的體系，未來可能再度走向垂直整合。就像芯片設(shè)計、晶圓代工的分工體系已經(jīng)運(yùn)行數(shù)十年，但結(jié)合兩者的IDM（integrateddesignandmanufacture）模式又有復(fù)辟跡象，顯示行業(yè)是合久必分、分久必合，不斷尋求改變來克服挑戰(zhàn)、“變形”來順應(yīng)環(huán)境的改變，要讓半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)再戰(zhàn)下一個十年！

本文來源：DeepTech深科技作者：于連慧