臺積電：希望OSAT擴大其先進封裝能力

自 20 世紀(jì) 80 年代末代工業(yè)務(wù)模式誕生以來，臺積電就開始生產(chǎn)硅片。相比之下，外包半導(dǎo)體封裝和測試 (OSAT) 服務(wù)提供商會將其封裝到陶瓷或有機外殼中。近年來，隨著先進封裝方法的出現(xiàn)，情況發(fā)生了變化，這些方法需要類似于硅生產(chǎn)所使用的復(fù)雜工具和潔凈室，因為臺積電處于創(chuàng)新封裝方法的最前沿，該公司將其聚合在 3DFabric 技術(shù)中，并且因為它建立了適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)能。

許多公司，例如英偉達(dá)，希望向代工廠發(fā)送藍(lán)圖并讓他們的產(chǎn)品準(zhǔn)備好發(fā)貨，這就是為什么他們選擇使用臺積電的服務(wù)來封裝他們先進的系統(tǒng)級芯片，例如 H100。然而，臺積電不得不承認(rèn)它們無法跟上 CoWoS 需求，并將適當(dāng)擴大產(chǎn)能。

盡管臺積電目前在先進的芯片封裝技術(shù)上賺了很多錢，但該公司并沒有計劃從其傳統(tǒng)的 OSAT 合作伙伴那里搶走業(yè)務(wù)，這就是為什么它希望這些公司擴大其先進的封裝產(chǎn)能。

但事情并沒有那么簡單。日月光集團、Amkor Technology 和 JCET 等所有領(lǐng)先的封裝和測試公司都擁有先進的芯片封裝技術(shù)，其中許多技術(shù)與臺積電相似。這些 OSAT 已經(jīng)擁有先進的封裝工廠，可以為無晶圓廠芯片設(shè)計人員提供服務(wù)。例如，就在上周，Amkor 在越南開設(shè)了價值 16 億美元的先進封裝工廠。它的潔凈室空間與格羅方德在多個晶圓廠擁有的潔凈室空間相當(dāng)。

然而，盡管 OSAT 提供的封裝技術(shù)在間距尺寸和凸點 I/O 間距尺寸方面可能與臺積電相似，但它們在流程方面并不相同，甚至可能具有略有不同的電氣規(guī)格。同時，OSAT 使用與臺積電相同的工具，因此可以封裝使用 CoWoS 內(nèi)插器的芯片。到目前為止，臺積電已經(jīng)認(rèn)證了兩個 OSAT 來執(zhí)行最終的 CoWoS 組裝。然而，市場上 CoWoS 產(chǎn)能仍然短缺，因為臺積電的產(chǎn)能是瓶頸，至少從臺積電今年早些時候的評論來看是這樣。

臺積電設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)施管理主管 Dan Kochpatcharin 在阿姆斯特丹舉行的 OIP 2023 會議上表示：「現(xiàn)在我們有 ASE 和 SPIL 兩家供應(yīng)商，我們已經(jīng)對他們的基板進行了鑒定，下一步也是做同樣的事情，讓它們也使用基板進行自動布線。因此，我們可以擁有完整的 CoWoS 服務(wù)堆棧?！?/p>

CoWoS 和 InFO 等臺積電先進封裝技術(shù)得到 Ansys、Cadence、Siemens EDA 和 Synopsys 等公司的電子設(shè)計自動化 (EDA) 工具的支持。因此，臺積電需要 OSAT 使用相同的程序，并將其技術(shù)能力與這些工具的設(shè)計和臺積電生產(chǎn)的產(chǎn)品相匹配。

「我們希望他們使用相同的 EDA 工具，」Kochpatcharin 說。假設(shè) OSAT 基板上有臺積電中介層。那么，他們使用 3Dblox 和適當(dāng)?shù)?EDA 工具進行分析，對客戶來說就更容易了。就像我們讓兩個合作伙伴有資格生產(chǎn)基板一樣。在我們做 CoWoS 時，利用 OSAT 做襯底。因此，最好使用相同的流程，因為這對客戶來說更容易?！溉绻目蛻羰褂貌煌?EDA 工具，那么封裝的多物理分析將會更加困難?！?/p>

為了滿足 CoWoS 和其他先進封裝方法的需求，OSAT 需要投資適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)能和工具，而這些都是昂貴的。問題在于，封裝和測試專家在先進封裝設(shè)施的投資方面無法跟上英特爾、臺積電和三星的步伐。去年，英特爾在先進封裝廠上花費了 40 億美元，臺積電在先進封裝上的資本支出總計 36 億美元。相比之下，根據(jù) EE Times 發(fā)布的 Yole Group 估計，三星花費了約 20 億美元。相比之下，日月光集團（包括 SPIL 和 USI）2022 年的資本支出總額為 17 億美元，而 Amkor 的支出達(dá)到 9.08 億美元。

臺積電的 CoWoS 和 InFO 以及英特爾的 EMIB 和 Foveros 等先進封裝技術(shù)變得越來越重要，有幾個原因。首先，分解芯片設(shè)計變得越來越流行，因為芯片制造變得越來越昂貴，更小的芯片更容易生產(chǎn)，而且許多芯片已經(jīng)達(dá)到了光罩極限。與此同時，它們的設(shè)計師希望它們變得更大。其次，使用在不同節(jié)點上制作的小芯片的分解設(shè)計比前沿節(jié)點上的單片芯片更便宜。

隨著客戶需要適當(dāng)?shù)姆?wù)，OSAT 準(zhǔn)備擴大其先進的生產(chǎn)能力。與此同時，他們不像代工廠那樣愿意提供此類服務(wù)，因為如果在封裝步驟中出現(xiàn)問題，他們就必須扔掉他們封裝的所有昂貴的硅，而且他們的收入不如芯片制造商那么多。他們的利潤率也明顯較低。最后，在許多情況下，可能不清楚為什么多小芯片封裝不起作用，以及問題是出在封裝本身還是其中一個芯片上。如今，臺積電所能做的就是在切割晶圓之前對晶圓進行光學(xué)檢查，但這并不是一種特別有效的測試方式。

為了獲得單獨測試小芯片的能力，臺積電正在與芯片測試設(shè)備制造商合作，并預(yù)計明年驗證這些工具。

「在 3DFabric 測試中，我們與 Advantest、Teradyne 和 Synopsys 合作，對芯片進行測試，」Kochpatcharin 說?！府?dāng)你將所有這些東西堆疊在一起時，測試它們就變得非常困難。因此，我們與 Teradyne 和 Advantest 合作進行 die-to-die 測試，我們將在 2024 年進行芯片驗證?！?/p>