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新聞集錦
 
異質性整合:系統晶體的新紀元
April 30, 2006
 
IC產業進入21世紀,在技術發展趨勢和產業營運模式方面均產生重大改變。1990年代末期,由於在電子電路及晶片製程技術突飛猛進,各種不同功能的IC例如:數位(Digital)、類比(Analog)、記憶體(Memory)、及無線射頻(Radio Frequency, RF)等, 量增大價下跌,而使電子系統能進一步降低成本,更形輕薄短小,因此被應用到更多不同的領域。同時,市場長期以來對可攜式網路電子系統的需求,終於產生行動智慧裝置(MIA:Mobile Intelligence Appliances),例如:PDA、隨身影音裝置、藍牙、GPS、汽車和家用連結設備、數位相機、手機等商品大量興起。這些行動智慧裝置皆建立在一個類似垂直整合封閉系統中,於有限的體積尺寸內,必須因應終端客戶在5C市場(computer, communication, consumer, control, and content)多變的需求,因此設計複雜度大幅提高。這個降低成本、縮小體積、同時又要擴充功能的需求,必須靠IC在次系統發揮整合功效,儘可能將數位、類比、記憶體、無線射頻及電源相關等五大IC家族合併放入一個微小的封裝模組中,如此一種垂直整合的系統晶片(SC: system chip)新紀元因而來臨!當然技術臻至成熟時,系統晶片可普遍應用於各種電子系統而非僅供MIA使用。

在SC時代第一種趨勢是系統單晶片(SOC:System-on-a-Chip),把五大家族IC其中任兩類至五類不等的電路功能,整合在單一晶粒上;另一種趨勢則採系統級封裝 (SiP:System-in-Package),就是在一個封裝中,組裝不同IC種類的晶粒。在此同時也產生一種新技術可以讓多片晶粒堆疊在一個封裝模組中(MCSP: Multiple dies in a small Chip-Scale Package),運用第三度空間來達成更多功能或更高密度的整合。首先推出堆疊CSP 的產品均為memory combo,它可以在一個BGA封裝中堆疊六層的記憶體晶粒。除了傳統的打線焊接(wire bonding),也可使用solder bumps或覆晶(flip-chip)技術,而加入中介層(interposers) 以利於堆疊或散熱亦逐漸被採用。

未來IC產業一個主要的挑戰,是如何運用適當的成本,有效組裝各式功能在一個有限的封裝形式中,並使不同功能的晶粒達到最佳化的表現。隨著SOC、SiP、PiP (Package-in-Package)、PoP (Package-on-Package),以及堆疊CSP技術的快速發展,可以預估未來數年最有效能的系統晶片,應是在一個CSP封裝中,充分利用多維空間,整合使用異質性技術及不同電壓操作環境的各種功能不同的晶粒。例如:一個堆疊晶粒的封裝中會包含分開但互相用導線連結的晶粒組成( die as building block),可能包含一顆到數顆記憶體晶粒的堆疊、一顆類比晶粒堆疊在另一顆SoC或是數位晶粒上,另有一顆獨立的RF晶粒位於一個多層相連結基板(interconnected substrate)之上,而這些組成晶粒都有不同的控制及I/O (Input/Output) 路徑。

此外,若在此堆疊晶粒中含記憶體,則控制軟體會可寫入非揮發型記憶體(NVM: Non-volatile Memory)。逐漸在IC技術領域嶄露頭角的正是此類多度空間整合系統晶片(MDSC:Multi-dimensional Die-integration System Chip)的技術發展!多度空間整合系統晶片的架構可以被意會或引喻為大都會中之不同社區聚落一般,其架構上就好比位於紐約或台北的社區含有多棟高樓及花園洋房之聚落。

儘管行動智慧裝置的發展帶回了垂直整合的趨勢,其所需要的企業經營模式卻與80年代大型主機的時代大不相同,主要是因為四大電子系統專精知識領域,包括通路/應用、系統架構、軟體、硬體/IC,其彼此間的互動模式已經更形重要,這種新的垂直整合系統,不能只成為一個封閉系統,或僅守上下一條鞭之知識傳遞模式,而必須發展出一個上下左右均需整合的團體,其中任何兩個領域間均會產生直接地互動及影響,即使在供應鏈底部的應用知識層以及在頂端的IC知識層之間,也不例外。但由於1990年代水平分工的結果,今日有能力發展並擁有連接四個領域技術的公司並不多見,反而是每個領域都有數家以專業化而成功的公司。一個聚落型的整合結構則能讓專精於不同領域的公司,彼此以結盟或夥伴關係互補,並進而達到各層知識有效的垂直及水平整合。為縮短IC設計週期,在這個聚落裡的公司必須在早期就彼此溝通合作,計劃一旦開始就共同制定規格並研發相互配合。這種形式的垂直整合稱為「群聚實質垂直整合」(CCVI: Clustered Virtual Vertical Integration)。

近來不論是電子系統或是IC的產業模式,在技術發展趨勢和產業營運模式方面均產生重大改變。異質性整合(HI: Heterogeneous Integration)的趨勢,造就了典範的移轉,其衍生的效應包括:(1)異質技術演進累聚新綜效;(2)不同商業結構突變新公司;(3)蓬勃知識經濟發展衍生新產業;(4)人類文化和IC使用方法能深層地交互影響並配搭而蛻變以滿足終端消費者之需求(mix and match)。

順應異質性整合之趨勢,鈺創科技領先開創裸晶記憶體(KGDM: Known-Good-Die Memory)技術及產品發展,持續推展擴大整體堆疊式系統IC產業規模,深耕多項「應用導向」利基型記憶體(Application-Driven Memory)產品,跨足視訊繪圖卡、硬碟機、光碟機、數位電視、液晶與電漿電視面板、數位機頂盒、數位相機、手機、可攜式裝置、網通及車用電子等市場,贏取許多國際領袖級客戶長期穩定合作關係,並與多家系統廠商結盟,發揮技術及業務整合能力,奠定公司長期成長之平台。


註:以上「異質性整合:系統晶體的新紀元」節錄自鈺創科技董事長盧超群博士應台灣半導體產業協會(TSIA)邀請,為其月刊(2006年四月)撰文,此文原出自盧博士於2004年以第一位華人受邀在半導體界最重要之國際固態電路會議 (ISSCC)發表之演講,「Emerging Technology and Business Solutions for System Chips」,領先揭示了異質性整合系統IC的時代來臨,月刊全文可見附檔。