臺積電爭霸芯片未來的新秘技

近期臺積電、三星及英特爾都不約而同強化對先進封裝的投資，這不僅凸顯先進封裝將是繼芯片制程由納米推向埃米，也是晶圓廠讓芯片效能更加強大的利器，由于封裝架構(gòu)工藝仍有很大突破空間，因此將生產(chǎn)完成的芯片，如何運用獨門秘技，封成整合度更高、更強大的芯片，已成為芯片制造廠及封裝廠的新戰(zhàn)場。臺灣芯片制程和后段封測全球第一

以芯片廠的營運模式，包括英特爾、三星等大多自己生產(chǎn)芯片，并自行封裝測試，如果自家產(chǎn)能不足以應(yīng)付，可將部分芯片外包給專業(yè)封裝廠代為封裝及測試，這類公司因生產(chǎn)一手包，又稱為整合元件大廠（IDM）。
臺積電則是專注晶圓代工廠，過去大多只專注負(fù)責(zé)芯片生產(chǎn)，后段封測則由臺積或客戶自行轉(zhuǎn)交給日月光、矽品、艾克爾、力成、頎邦、南茂、超豐或大陸的江蘇長電、通富微等公司。
半導(dǎo)體業(yè)者表示，全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈經(jīng)歷長期演變，已逐步發(fā)展一套完整且區(qū)域分工的供應(yīng)鏈體系，臺灣因?qū)Ｗ⒃谛酒瞥毯秃蠖畏鉁y，因而成為全球芯片制造及后段封測中心，目前這兩項都排名全球第一。在美中貿(mào)易戰(zhàn)及新冠肺炎疫情造成全球芯片斷鏈危機下，臺廠群聚效應(yīng)持續(xù)擴大。
不過，隨著芯片制程微縮逐漸遭遇瓶頸，芯片追求更高效能及更低功耗的需求有增無減，因而催生業(yè)者透過先進封裝，延續(xù)摩爾定律的發(fā)展，并進而讓異質(zhì)整合封裝，成為新顯學(xué)。
各種形式的封裝芯片、IC。圖／聯(lián)合報系資料照片
異質(zhì)整合像平地蓋房芯片堆疊成一顆

為何要異質(zhì)整合，顧名思義就是要把不同功能的芯片，整合在一起。如果不考慮芯片尺寸愈來愈小，單純把不同功能的芯片放在同一片載板，封在一起，這就類似在平地蓋上三、四座平房，然后再用圍墻圍起來，其實難度不高。
但隨芯片發(fā)展愈來愈講究效能與尺寸微縮，還要完成封裝，就如同過去在一大塊面積上蓋房子，現(xiàn)在變成在有限的面積上蓋大樓，逐步將芯片堆疊，后來更演變要把不同制程的芯片、甚至不同功能的芯片，全封成一顆。這類的芯片就像把高運算的芯片、和輔助運算記憶體封在一起；或是把微控制器、影像感測器、溫濕度感測器和功率元件及被動元件整合在一起，就叫做異質(zhì)整合封裝。追求微縮的目的，就是要騰出更多的空間讓電池加大續(xù)航力。
如果按照過去芯片制造由臺積電負(fù)責(zé)，后段封裝由日月光或矽品負(fù)責(zé)，封完的芯片出貨到鴻海等系統(tǒng)組裝廠，若運作一切正常，品牌廠受到消費者喜愛，手機、筆電、電視大廠賺到錢，就會持續(xù)砸錢，支持開發(fā)更先進、功能更強大的產(chǎn)品，各生產(chǎn)體系訂單也會跟進源源不絕。
不過，摩爾定律逐步遭到瓶頸，異質(zhì)芯片整合難度愈高，如果芯片出了問題，到底是哪一端出了問題，究責(zé)晶圓制程廠時推給后段封裝廠，但后段封裝廠又推給芯片制造廠或芯片設(shè)計本身出問題，在類似事件層出不窮后，就逐步衍生品牌大廠干脆要求晶圓制程廠全包，芯片開發(fā)商或品牌廠，只對單一窗口，若芯片出問題，由提供整合服務(wù)商負(fù)責(zé)，看要是全做或賠償，就比較單純。
解密科技寶藏展覽中展示技術(shù)成果，芯片對晶圓封裝。圖／聯(lián)合報系資料照片
臺積跨足后段封測連拿蘋果代工大單

臺積電后來跨足后段封測，也是在客戶要求下，逐步提供整合后段服務(wù)。不過初期因后段封測毛利率低，臺積電始終不愿擴大規(guī)模，但隨著AI人工智能興起，加上5G加快各類芯片應(yīng)用，為符合高效能、高傳輸、低延遲及低功耗等要求，終于為異質(zhì)芯片整合打開一片天。
臺積電即靠著獨特的芯片整合服務(wù)及先進后段封裝，連續(xù)拿下蘋果好幾個世代的手機處理器代工大單；可編輯邏輯元件大廠賽靈思長期第一個率先采用臺積電最先進封裝，市占率一路領(lǐng)先對手；后續(xù)協(xié)助超微處理器痛擊英特爾，快速搶占市占。
臺積電后來甚至以此自豪，干脆整合所有封裝平臺為3D Fabric，提供更完整的先進封裝服務(wù)，并同步在北、中、南擴建封裝廠，在日本成立先進封裝材料研發(fā)中心，甚至延纜前美光董事長徐國晉回鍋，擔(dān)任導(dǎo)線與封裝技術(shù)整合部片負(fù)責(zé)人，雖然臺積電迄今未公布其頭銜，但據(jù)同業(yè)透露，這個編制規(guī)模已逾150人，要壯大小芯片（Chiplet）發(fā)展規(guī)模，都可以看出臺積電對先進封裝高度重視程度。
英特爾執(zhí)行長基辛格手捧12吋晶圓。路透
三星、英特爾斥資封裝領(lǐng)域急起直追
三星、英特爾也看到此趨勢發(fā)展，都大力在這領(lǐng)域布局。三星去年6月就宣布下一代2.5D 封裝技術(shù)I-Cube4芯片上市。三星的I-Cube就是一種異質(zhì)整合技術(shù)，可將一個或多個邏輯芯片（如CPU、GPU等）和多個記憶體芯片（如高頻寬記憶體，HBM）整合連結(jié)放置在矽中介層（Interposer）頂部，讓多個芯片為單個元件工作。
三星更在近期宣布設(shè)立半導(dǎo)體封裝與測試（TP）中心，要在后段制程上提高競爭力，追趕臺積電。
英特爾執(zhí)行長基辛格（ Pat Gelsinger）在去年底短期來臺拜會臺積電高層后，隨即飛往主持馬來西亞封測廠加碼70億美元的擴建典禮，日前宣布在歐洲斥資330億元擴大晶圓廠投資中，也包括要斥資100億元，在意大利設(shè)立測試與封裝廠。
由于英特爾在封裝領(lǐng)域，有其獨特堅強實力，是該公司長期在中央處理器獨霸的關(guān)鍵，如今隨著啟動IDM2.0，沖刺晶圓代工版圖，也將成為搶占想要推出高效能異質(zhì)芯片客戶的重要憑證，對臺積電的威脅不容小覷。
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