3D IC技術(shù)漸到位 業(yè)務(wù)模式磨合中

　　采用矽穿孔(TSV)的2.5D或3D IC技術(shù)，由于具備更佳的帶寬與功耗優(yōu)勢，并能以更高整合度突破制程微縮已趨近極限的挑戰，是近年來(lái)半導體產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。在產(chǎn)業(yè)界的積極推動(dòng)下，3D IC已從概念逐漸成為事實(shí)，預計將于二至三年后進(jìn)入量產(chǎn)階段，必將成為未來(lái)市場(chǎng)的重要游戲改變者。

　　TSV 3DIC市場(chǎng)逐步起飛

　　在日前舉行的Cadence使用者會(huì )議(CDN Live)與Semicon Taiwan活動(dòng)上，包括臺積電、聯(lián)電、日月光、Xilinx等大廠(chǎng)都釋出了表示3D IC即將邁入量產(chǎn)的訊息。

　　其中，積極以自有CoWoS技術(shù)搶市的臺積電預計在今年十月就將發(fā)布1.0版的設計套件與PDK，試產(chǎn)時(shí)程訂于今年第四季，明年第四季可望開(kāi)始正式投產(chǎn)。臺積電更以今年將是臺積電3D IC制造元年，來(lái)宣告此技術(shù)已獲得重大進(jìn)展。

　　日月光集團總經(jīng)理暨研發(fā)長(cháng)唐和明則表示，高階產(chǎn)品朝2.5D/3D IC移轉已勢在必行，過(guò)去幾年來(lái)，此技術(shù)在IC設計、晶圓、封測等各領(lǐng)域均有顯著(zhù)進(jìn)展，預計量產(chǎn)時(shí)程為2014~2015年，應用將逐步興起。

　　聯(lián)電是以Via-middle制程為基礎，從今年初開(kāi)始進(jìn)行TSV制程最佳化，預計今年底便可進(jìn)行產(chǎn)品級的封裝與測試以及可靠性評估。

　　而已經(jīng)率先發(fā)表2.5D FPGA技術(shù)的Xilinx，該公司資深副總湯立人也表示，這款在單一封裝中整合4顆28納米FPGA、總晶體管數高達68億個(gè)的元件，預計明年上半年就可正式量產(chǎn)。

　　從這些一線(xiàn)大廠(chǎng)的動(dòng)態(tài)，我們可以看出，3D IC時(shí)代的確即將來(lái)臨!

　　3D IC在行動(dòng)市場(chǎng)深具潛力

　　根據市場(chǎng)研究機構Yole Development發(fā)布的數據，全球3D TSV芯片市場(chǎng)規模將從2011年的27億美元，到2017年成長(cháng)至380億美元(不包含2.5D)，占整體市場(chǎng)的9%。目前的產(chǎn)值主要是來(lái)自低階的CMOS傳感器、MEMS等應用，仍以8寸3D晶圓封裝為主，尚未移轉至12寸。

　　Yole Development估計，2017年全球3D TSV半導體的封裝和測試市場(chǎng)將達到80億美元，其中約有38億美元是與TSV蝕刻、填充、接線(xiàn)、凸塊、測試等中段制程業(yè)務(wù)相關(guān)。而后段的3DIC模塊測試業(yè)務(wù)也將會(huì )達到46億美元，是封測廠(chǎng)商未來(lái)重要的成長(cháng)契機。

　　目前，采用2.5D技術(shù)的FPGA元件已經(jīng)朝向商業(yè)化，而在美光、三星、海力士等各家廠(chǎng)商的積極推動(dòng)下，異質(zhì)存儲器堆疊可望將于服務(wù)器和高效能運算(HPC)市場(chǎng)率先導入，Yole Development認為明年將會(huì )是3DIC真正大量應用起飛的開(kāi)始。

　　3D IC的真正重點(diǎn)在于將存儲器與邏輯IC堆疊在一起，以取得更佳的效能、尺寸、以及功率優(yōu)勢，這塊領(lǐng)域將是未來(lái)五年3DIC市場(chǎng)最重要的推動(dòng)力量。不過(guò)，業(yè)界矚目的TSV 28納米行動(dòng)應用處理器，可能要到2014至2015年才會(huì )在wide I/O接口廣泛采用后，而開(kāi)始有大量應用。

　　有鑒于行動(dòng)市場(chǎng)的強勁成長(cháng)動(dòng)能，這也是臺積電和三星積極搶奪市場(chǎng)的首要戰場(chǎng)，希望透過(guò)整合從前端制造到后端封測的垂直式整合作業(yè)方式，以滿(mǎn)足高通、NVIDIA、Broadcom等一線(xiàn)芯片設計業(yè)者的需求。

　　在Semicon Taiwan的3D IC論壇中，有與會(huì )來(lái)賓透露，三星明年的智能型手機就將搭載采用TSV技術(shù)的3D IC，能以其集團的垂直整合優(yōu)勢，帶來(lái)更佳的系統效能表現。

　　不過(guò)，即使技術(shù)陸續到位，但目前整體供應鏈還是非常分散，需進(jìn)一步的整合，同時(shí)到底未來(lái)何種3DIC的業(yè)務(wù)模式會(huì )勝出，態(tài)勢也尚未明朗。產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統還需要一段時(shí)間的發(fā)展，才會(huì )更臻成熟。

　　業(yè)務(wù)模式之爭　仍未明朗

　　看好3DIC市場(chǎng)的發(fā)展前景，晶圓廠(chǎng)和封測業(yè)者均加碼投入，同時(shí)依via-first/via-middle/via-last不同的TSV制程技術(shù)，出現了多種不同的業(yè)務(wù)模式。

　　像臺積電的CoWoS技術(shù)，強調一條龍式的制程，提供從前端到后端的完整服務(wù)，而聯(lián)電的via-middle技術(shù)，則是藉由與封測廠(chǎng)的伙伴關(guān)系，共同提供服務(wù)。

　　這兩種模式，就技術(shù)、服務(wù)效率來(lái)看，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。站在無(wú)晶圓設計業(yè)者的立場(chǎng)，via-last能帶來(lái)更佳的供應鏈管理靈活性，不會(huì )被單一業(yè)者綁住，也能有更多元的方案可選擇。但另一方面，在芯片品管、責任歸屬方面，有可能會(huì )造成更多的困擾。

　　Yole Development則認為，采用「via-middle」模式的存儲器和邏輯IC堆疊將成長(cháng)最快。

　　日月光研發(fā)中心副總經(jīng)理洪志斌也指出，以目前的2.5D中間插件(interposer)供應為例，就有晶圓代工、封測廠(chǎng)、結合兩者，以及獨立供應商的不同業(yè)務(wù)模式。芯片客戶(hù)也會(huì )在不同的業(yè)務(wù)模式間移轉，并沒(méi)有明確的主流態(tài)勢出現。

　　這些都是產(chǎn)業(yè)鏈在朝成熟發(fā)展過(guò)程中，尚待克服的問(wèn)題，包括生態(tài)系統、合作關(guān)系、競爭模式都還在摸索階段。此外，目前3D IC的成本仍高，有賴(lài)共通標準、代工廠(chǎng)間互通性的建立，才有可能以更佳的成本效益與效能，推動(dòng)更廣泛的采用。而在技術(shù)成熟度方面，眾所矚目的3D IC異質(zhì)堆疊在微凸塊/TSV、熱傳、TSV元件應力、3D制程開(kāi)發(fā)套件、芯片間接口、測試等各個(gè)領(lǐng)域也都還待解決。

　　盡管挑戰仍在，但我們看到了3D IC技術(shù)的顯著(zhù)進(jìn)展，已經(jīng)從概念成為可行的商業(yè)化產(chǎn)品。未來(lái)，隨著(zhù)3D異質(zhì)堆疊技術(shù)的成熟，將能使半導體產(chǎn)業(yè)完全打破摩爾定律的制約，反而可以開(kāi)創(chuàng )出更寬廣的創(chuàng )新應用與技術(shù)，這樣的前景的確令人期待。