日月光集团：异质整合的新时代发展趋势

在南京举办的世界半导体大会上，日月光集团副总经理郭桂冠带来主题为《异质整合的新时代发展趋势》的报告。

日月光集团副总经理郭桂冠

我今天主要讲的重点是异质整合在AI时代的应用和技术发展。
   

一、摩尔定律
我相信摩尔定律大家都耳熟能详。摩尔定律可以想像在一样的区间、一样的价格下，必须不断往前推进，让性能提升，价格维持不变或者是下降一半。摩尔定律在好几年前就有新的技术打破它，未来我们可以看到7纳米的应用、5纳米、3纳米，和过去是不一样的概念。接下来就产生了一个课题，我们要做SOC，都是所有设计者的梦想，还是可以弹性做一些SIP甚至所谓的异质整合。
   

纵轴往下走是纳米科技的推进。可以想像不断的需求，能耗更小、速度更快，产生许多封装的技术，封装技术被大家追逐是因为随着晶圆级技术的推进，在我们追求系统整合以及效能已经变成可能出现的瓶颈。我们在不断往前走，一个很大的问题是成本。过去以来，不断缩小尺寸，应用端也借此机会，所以良率、成本永远是大家必须盘算的事情。这三个晶圆的图，良率的分析，如果我们一律追求3纳米、5纳米，在良率上付出的成本极大，如果用Chiplet不需要集合成非常大的芯片，可以离散式分成几个小芯片做整合的话，良率得以大大提高，这大概是它带给我们最兴奋也是目前大家不断在封装技术上提出新概念的导引。
   

我相信今年、明年、后年会在媒体以及业界谈得比较领先的重要技术，除了SOC单芯片之外，2.5D甚至结合2.5D、3D高性能的计算器的，同样SIP会带出异质系统整合的需求。9月你会看到很多很多的产品已经应用到扇出型（音）就是双层结构sip的概念。
   

异质整合在过去都非常难在同一个产业链产生的事情，未来在各个代工厂、IDM必须整合在一起。
   

主动元器件、被动元器件的整合，左下角过去很难想像在封装上产生的事情，现在都放进来了，它的纵深比非常好，可以产生很大的I/O。
   

SIP的好处，无外乎可靠度，在汽车用到很多的电子，汽车电子的可靠度要求和过去是不一样的，所以在可靠度上带来更好的价值。另外，在商务推展上，SIP常常碰到一个问题，大家感觉报价比以前的个别封装贵了，弹性降低了，因为整合在一起，觉得好像今年多放一个元件、少放一个元件，永远都有这样的课题。但是带来的好处是只是把产业链的附加价值往Outset（音）这边走，整个成本还是下降，尤其对于测试简化和包装运输有很大的好处。举个例子，如果各位买真蓝牙无线耳机，就发现它非常防水，苹果TWS真蓝牙无线耳机我相信这方面的集成做得非常好。
   

真蓝牙耳机，这是耳挂式的TWS，旁边会有一个锂电池，目前电源管理还是手持式装置很大的课题。过去我们用离散式的方式有软板，有各式的节点，造成的良率损失非常大，所以现在做成SIP  克服很多上述良率的问题，只是把附加价值从产业链搬离了。在未来的5G、AI里的应用甚至苹果快出智能的车，未来车的概念大家可以想像手机+上四个轮子，我觉得这个比喻非常好，从手机应用出发开始控制所有的部件。
   

日月光集团是第一个和苹果合作做IP  watch的molding。苹果手表整合了过去在手机实现的功能，唯一差别是屏幕比较小，看起来比较辛苦，但是可靠度非常好，防水性非常佳，这是SIP带来的好处。整合了很多元件，我们要在制程上全部整合到一个SIP里，良率、成本付出相当大的代价，再加上开发时间很长，又谈到EDA是不是可以同步验证软硬体，目前看起来离散式用SIP的方式是非常好的捷径。
   

各位如果有老的智能手机打开看看里面有各式各样的传感器，有各式各样的运算器等等，这都是SIP不断朝前整合的很大的推动力。
   

未来的5G对于封装厂的机会是什么？我觉得5G不仅仅有快速传输的部分，同样有很多先进的部分，需要非常高效能的技术，这部分都有更快的反应速度，我们定义叫HPC。
   

这是月光针对SIP部分提出的看法，大概有两个比较大的趋势，就是从单面变成双面，厚度会增加，但是可以和各位报告，厚度的增加远远超过实际应用。苹果厚度就是0.75，在座的手机壳厚度都远远超过，这部分随着时间演进一方面不断缩小，另外开始增加很多异形键，可以是和外面天线连接的接触的片。最右上角的好处是不用依赖基板，另外一个好处是线宽间距做得更优化。
    

为什么要做SIP？没有办法一步到位做SOC的时候，我们必须要做系统整合，你可以看到可靠度提升以及IOC的计算都可以发现有大幅度改善。
    

汽车电子上的应用。今天有嘉宾谈到汽车电子，现在在中国买到的汽车L2或者L1、L3的智能驾驶大概都会涉猎到这样的选配，用到所谓的雷达，如果工作频率是雷达，大概就是77赫兹。
    

如果大家记得去年苹果在北美上市有5A毫米波的机型，过去的天线手机上是要拉天线的，后来诺基亚把天线隐藏掉了，到后来我记得是苹果4的天线散布在机壳的角落，去年日月光帮高通做了模块。
    

5A毫米波有一个很大的缺陷，传输距离太短，所以必须离散式的放在比较多的点。在上面会有所谓的隔点的状，必须高密度矩阵去铺，让它有更好的指向性。
    

Wafer  Level  Packaging。散热以及成本，这样的技术提供未来的发展模式。Panel用来两个地方，一是太阳能受热，二是显示屏，这个业界追求非常高。
    

应用不是各位想象的很高端，线宽间距很窄，在成本要求很严格的地方也都看得到，未来两三年可以看到爆炸性的成长。这样的应用在封装测试厂代工厂做什么改变？未来都会一站式消费，这就会对业界很多供应链产生极大的变化，这也是为什么Fan  Out将来在价格的破坏力非常大，因为不用重复将你的供应链管理分散。
    

Fan  Out就是从异质整合的部分一直在走，现在更多针对2.5D去做所谓的Fan  Out，目的是为了节省成本。
    

这是我罗列国内地区对于Fan  Out产生的专利布局，我相信各家都非常努力地在产生自己的专利和独特技术。
    

封测厂和客户都喜欢chiplet，因为会有良率损失，在目前产能稀缺的情况下，这是很值得讨论的话题。
    

同时针对3D堆叠将来会产生非常多的技术，我相信所有的结构都类似，在各个封测厂大家会巧妙取不同的名称。
    

这一页总结了日月光在Fan  out布局。举例M-Series，FO就是FAN   out，C是chip。 
    

将来走两个区域：一个是高精度，线宽间距在2micro以内，大概其他朝500×500，600×600的尺度在推演。
    

HD  fan  out，未来5GAI的部分HPC高性能的计算有爆炸性的需求，将来都会基于HD 提供memory。这些图涵盖2.5D和chiplet的技术。
    

这就是2.5D，2.5D和3D透过interposer，在日月光2.5D，3D就是应用到Chiplet，把一个大芯片切成数个小芯片借着封装集成进来，靠着interposer  达成，当然也可以整合一些被动元器件，这是更多的2.5D的应用。底下我罗列的堆叠是朝向对称性。
    

我刚才不断讲interposer，它是非常好的东西，可以Fan  out在基板上做桥接，但是很贵，用在后段技术，所以封装厂就尝试着用Fan  out技术，尽量把附加价值在一个工厂整合完成。
    

谈到专业代工厂跳脱过去把所有最佳的生产元素、最快的产量、物料的管理能力集合在一个工厂，我相信日月光作为封测界的龙头，各位了解我们的组成。未来半导体的制造从前端到中端产品，中间连接更多工程技术的服务，所以日月光集团在应用端、设计、终端应用端，从一个纯加工制造的工厂变成一个service  provider，变成一个生产链。
    

未来的AI以及5G、IoT很多事情会在云端完成，需要高速强大的运算器在后台，需要更多的内存，需要各式各样的技术埋在知道不知道的地方。