揭秘：臺積電3D封裝技術(shù)

3D Fabric概述

臺積電3D Fabric先進封裝技術(shù)涵蓋2.5D和垂直模疊產(chǎn)品，如下圖所示。

集成的FanOut (InFO)封裝利用了由面朝下嵌入的模具組成的重構(gòu)晶圓，由成型化合物包圍。

在環(huán)氧晶片上制備了再分布互連層(RDL)。(InFO- l是指嵌入在InFO包中的模具之間的硅“橋晶片”，用于在RDL金屬化間距上改善模具之間的連接性。)

2.5D CoWoS技術(shù)利用microbump連接將芯片(和高帶寬內(nèi)存堆棧)集成在一個插入器上。最初的CoWoS技術(shù)產(chǎn)品(現(xiàn)在的CoWoS- s)使用了一個硅插入器，以及用于RDL制造的相關硅基光刻;通過硅通道(TSV)提供與封裝凸點的連接。硅插入器技術(shù)提供了改進的互連密度，這對高信號計數(shù)HBM接口至關重要。最近，臺積電提供了一種有機干擾器(CoWos-R)，在互連密度和成本之間進行權(quán)衡。

3D SoIC產(chǎn)品利用模塊之間的混合粘接提供垂直集成。模具可能以面對面的配置為向?qū)?/span>。TSV通過(減薄的)模具提供連接性。

InFO和CoWoS產(chǎn)品已連續(xù)多年大批量生產(chǎn)。CoWoS開發(fā)中最近的創(chuàng)新涉及將最大硅插入器尺寸擴展到大于最大光罩尺寸，以容納更多模具（尤其是HBM堆棧），將RDL互連拼接在一起。

SoIC Testchip

臺積電分享了最近的SoIC資格測試工具的結(jié)果，如下所示。

使用的配置是(N5) CPU裸片與(N6) SRAM裸片在面對背拓撲中的垂直接合。（事實上，一家主要的CPU供應商已經(jīng)預先宣布了使用臺積電的SoIC將垂直“最后一級”SRAM緩存芯片連接到CPU的計劃，該芯片將于2022年第一季度上市。）

SoIC設計流程

垂直模具集成的高級設計流程如下圖所示：

該流程需要同時關注自上而下的系統(tǒng)劃分為單獨的芯片實施，以及對復合配置中的熱耗散的早期分析，如上所述。

熱分析的討論強調(diào)了BEOL PDN和互連的低熱阻路徑與周圍電介質(zhì)相比的“chimney”性質(zhì)，如上所示。具體而言，臺積電與EDA供應商合作提高SoIC模型離散化技術(shù)的準確性，在最初通過粗網(wǎng)格分析確定的特定“熱點”區(qū)域應用更詳細的網(wǎng)格。

臺積電還提出了一種方法，將熱分析結(jié)果納入SoIC靜態(tài)時序分析降額因子的計算。就像片上變化(OCV)依賴于(時鐘和數(shù)據(jù))時序路徑所跨越的距離一樣，SoIC路徑的熱梯度也是一個額外的降額因素。臺積電報告說，一個路徑的模上溫度梯度通常為~5-10C，一個小的平滑降額溫度時間裕度應該足夠了。對于SoIC路徑，~20-30C的大梯度是可行的。對于溫差較小的路徑，覆蓋此范圍的平坦降額將過于悲觀——應使用 SoIC 熱分析的結(jié)果來計算降額因子。

SoIC測試

IEEE 1838標準化工作與模對模接口測試(link)的定義有關。

與用于在印刷電路板上進行封裝到封裝測試的芯片上邊界掃描鏈的IEEE 1149 標準非常相似，該標準定義了每個芯片上用于堆棧后測試的控制和數(shù)據(jù)信號端口。該標準的主要重點是驗證在SoIC組裝過程中引入的面對面鍵合和TSV的有效性。

對于SoIC芯片之間的低速I/O，這個定義已經(jīng)足夠了，但是對于高速I/O接口，需要更廣泛的BIST方法。

用于SoIC的TSMC Foundation IP–LiteIO

TSMC的庫開發(fā)團隊通常為每個硅工藝節(jié)點提供通用I/O單元(GPIO)。對于SoIC配置中的die-to-die連接，驅(qū)動程序負載較少，臺積電提供了“LiteIO”設計。如下圖所示，LiteIO設計側(cè)重于優(yōu)化布局以減少寄生ESD和天線電容，從而實現(xiàn)更快的裸片之間的數(shù)據(jù)速率。

EDA啟用

下圖列出了最近與主要EDA供應商合作為InFO和SoIC封裝技術(shù)開發(fā)的關鍵工具功能。

總結(jié)

臺積電繼續(xù)大力投資2.5D/3D先進封裝技術(shù)開發(fā)。最近的主要舉措集中在3D SoIC直接芯片貼裝的方法上——即分區(qū)、物理設計、分析。具體來說，早期熱分析是必須的步驟。此外，臺積電還分享了他們的SoIC eTV資質(zhì)測試芯片的測試結(jié)果。2022年將見證3D SoIC設計的快速崛起。

原文鏈接：

https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/304612-update-on-tsmcs-3d-fabric-technology/

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臺積電 CSoIC、InFO和CoWoS等3DFabric技術(shù)

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