Xperi:混合鍵合技術(shù)賦能3D堆疊應(yīng)用,從圖像傳感器到存儲(chǔ)器和高性能計(jì)算
發(fā)布時(shí)間:2019-03-15 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】3D堆疊技術(shù)憑借更高的性能、更低的功耗和更小的占位面積的優(yōu)勢(shì),正成為高端應(yīng)用和成像應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)?!?.5D/3D硅通孔(TSV)和晶圓級(jí)堆疊技術(shù)及市場(chǎng)-2019版》報(bào)告作者、Yole先進(jìn)封裝技術(shù)和市場(chǎng)分析師Mario Ibrahim,近日有幸采訪了Xperi公司3D互聯(lián)和封裝研發(fā)副總裁Paul Enquist。
Xperi是一家上市高科技集團(tuán)公司,旗下DTS、FotoNation、Invensas和Tessera四個(gè)子公司均在各自領(lǐng)域擁有領(lǐng)先的科技專利和超過20年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。其中,Tessera和Invensas是提供半導(dǎo)體封裝和互聯(lián)解決方案的先驅(qū),采用其技術(shù)的芯片已經(jīng)出貨超過1000億顆。
2018~2023年按市場(chǎng)細(xì)分的堆疊技術(shù)營(yíng)收
數(shù)據(jù)來(lái)源:《2.5D/3D硅通孔(TSV)和晶圓級(jí)堆疊技術(shù)及市場(chǎng)-2019版》
混合鍵合技術(shù)包含直接堆疊的兩片晶圓,這些晶圓具有平面絕緣表面和隔離的銅互聯(lián)?;旌湘I合已經(jīng)在CMOS圖像傳感器(CIS)中取代了硅通孔(TSV)互聯(lián),在該應(yīng)用中達(dá)到了占位面積、TSV成本縮減以及混合鍵合工藝成本之間的盈虧平衡點(diǎn)。它現(xiàn)在被三星、蘋果和華為廣泛用于高端智能手機(jī)的CIS。Xperi是一家技術(shù)開發(fā)和許可公司,為混合鍵合工藝的開發(fā)和應(yīng)用做出了貢獻(xiàn),并為主要代工廠和集成器件制造商(IDM)提供DBI混合鍵合技術(shù)許可。
到2023年,80%的CIS制造將基于3D堆疊技術(shù)?;旌隙询BCIS的市場(chǎng)份額將相應(yīng)增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2017~2023年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)將超過43%。
消費(fèi)類市場(chǎng)(主要是CIS應(yīng)用),是2018年堆疊封裝營(yíng)收的最大貢獻(xiàn)者,占據(jù)了65%以上的市場(chǎng)份額。盡管如此,高性能計(jì)算(HPC)是推動(dòng)3D封裝技術(shù)創(chuàng)新的主要應(yīng)用,到2023年期間,該應(yīng)用增長(zhǎng)速度最快,市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將從2018年的20%增長(zhǎng)到2023年的40%。
Yole在晶圓到晶圓(Wafer to Wafer,W2W)和芯片到晶圓(Die to Wafer,D2W),3D堆疊NAND,3D堆疊DRAM存儲(chǔ)器和3D片上系統(tǒng)等領(lǐng)域看到了混合鍵合技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。
Mario Ibrahim(以下簡(jiǎn)稱MI):作為一家技術(shù)開發(fā)和許可公司,您能否簡(jiǎn)要介紹一下Xperi及其商業(yè)模式?Xperi及其子公司展示了悠久的工藝開發(fā)歷史,包括一些最早的使能型技術(shù),如Shellcase、ZiBond和DBI技術(shù)。請(qǐng)您介紹一下Xperi即將商業(yè)化的新解決方案。你們是否在繼續(xù)開發(fā)新的工藝?你們?cè)诤脱芯繖C(jī)構(gòu)合作嗎?
Paul Enquist(以下簡(jiǎn)稱PE):Xperi及其子公司(DTS、FotoNation、Invensas和Tessera等)致力于打造創(chuàng)新的技術(shù)解決方案,為全球客戶提供卓越的用戶體驗(yàn)。Xperi的解決方案已許可給數(shù)百家全球領(lǐng)先的合作伙伴,并已出貨數(shù)十億量級(jí)的產(chǎn)品,包括優(yōu)質(zhì)音頻、汽車、廣播、計(jì)算成像、計(jì)算機(jī)視覺、移動(dòng)計(jì)算和通信、內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及3D半導(dǎo)體互聯(lián)和封裝等應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)于2.5D/3D技術(shù)解決方案,Xperi專注于Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化,適用于各種半導(dǎo)體應(yīng)用。我們和從材料供應(yīng)商和設(shè)備供應(yīng)商,到半導(dǎo)體制造商和代工廠,以及優(yōu)秀研究機(jī)構(gòu)(如Fraunhofer IZM-ASSID)等整個(gè)供應(yīng)鏈展開合作。
采用Xperi公司DBI技術(shù)的3D堆疊DRAM
MI:2.5D和3D堆疊技術(shù)被認(rèn)為是摩爾定律放緩背景下最有希望的兩種替代方案。預(yù)計(jì)2023年的堆疊(封裝)營(yíng)收將超過57億美元。Xperi如何看待這些集成解決方案的未來(lái)?
PE:對(duì)于半導(dǎo)體封裝行業(yè)來(lái)說,這是一段非常激動(dòng)人心的時(shí)期。隨著摩爾定律的放緩,通過縮小工藝節(jié)點(diǎn)以改善性能、功能、功耗和成本的歷史規(guī)律大致走向盡頭,業(yè)界越來(lái)越關(guān)注2.5D/3D堆疊和集成技術(shù)以滿足市場(chǎng)需求。Invensas 2.5D和3D集成技術(shù)使半導(dǎo)體行業(yè)超越了摩爾定律?,F(xiàn)在,通過Invensas ZiBond和DBI堆疊技術(shù)在背照式(BSI)圖像傳感器中的應(yīng)用,已經(jīng)可以看出這種轉(zhuǎn)變。最近,這些技術(shù)已經(jīng)在堆疊BSI圖像傳感器中實(shí)現(xiàn)了亞微米級(jí)像素?cái)U(kuò)展,以及光電二極管、邏輯和存儲(chǔ)器的異構(gòu)集成。我們相信,我們堆疊技術(shù)基本的成本和性能優(yōu)勢(shì),將廣泛傳遞至許多其他應(yīng)用。例如,3D NAND和DRAM內(nèi)存市場(chǎng)已準(zhǔn)備好在不久的將來(lái)采用DBI混合鍵合技術(shù)。
MI:Xperi以授權(quán)ZiBond和DBI工藝而聞名,Xperi的主要細(xì)分市場(chǎng)和應(yīng)用是什么?
PE:Xperi專注于進(jìn)一步開發(fā)和商業(yè)化Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術(shù),用于各種半導(dǎo)體應(yīng)用,包括圖像傳感器、RF、MEMS、3D NAND、DRAM和2.5D和3D-IC配置的邏輯器件。最后,我們注意到DBI混合鍵合正在賦能一大波新半導(dǎo)體器件,從一開始就以3D思維重新設(shè)計(jì),而不是簡(jiǎn)單地堆疊傳統(tǒng)的2D架構(gòu)。
ZiBond直接鍵合也已經(jīng)在射頻(RF)器件中應(yīng)用,用于將CMOS開關(guān)從高RF損耗原生SOI襯底,轉(zhuǎn)換到低RF損耗俘獲感應(yīng)硅或低RF損耗的非硅晶圓。隨著5G的上市及其所提出的高要求,我們預(yù)計(jì)ZiBond直接鍵合技術(shù)的價(jià)值和適用性將在RF領(lǐng)域大幅增長(zhǎng)。
MI:您如何看待從使用TSV的ZiBond到DBI的過渡?您是否看到這些工藝的進(jìn)一步應(yīng)用?
PE:多年來(lái),ZiBond和DBI都被用于制造BSI圖像傳感器。剛開始ZiBond用于在硅處理晶圓或在具有TSV互聯(lián)的CMOS邏輯晶圓上堆疊光電探測(cè)器晶圓。在光電探測(cè)器晶圓堆疊之前,TSV還與ZiBond一起用于CMOS邏輯器件與存儲(chǔ)器晶圓的堆疊和電氣互聯(lián)。使用DBI替代ZiBond進(jìn)行堆疊,已經(jīng)證明通過簡(jiǎn)單的焊盤切割替換TSV,可以非常有效地進(jìn)一步縮小芯片并節(jié)省工藝成本。我們預(yù)計(jì)將看到向DBI混合鍵合的持續(xù)過渡,尤其是在圖像傳感器領(lǐng)域,因?yàn)樾袠I(yè)需要像素到像素級(jí)互聯(lián)。也就是說,我們預(yù)計(jì)ZiBond和DBI將在未來(lái)多年內(nèi)持續(xù)共存。
MI:2018年末,Xperi宣布與三星達(dá)成了新的專利許可協(xié)議。Yole預(yù)計(jì)在基于DRAM的3D堆疊存儲(chǔ)器中將使用混合鍵合技術(shù)。這是否會(huì)為混合鍵合技術(shù)在高帶寬存儲(chǔ)(HBM)和3D堆疊DRAM市場(chǎng)打開大門?
PE:我們非常高興與三星達(dá)成協(xié)議,并期待在未來(lái)幾年實(shí)現(xiàn)互利關(guān)系。
關(guān)于在HBM和3D堆疊DRAM中使用Invensas DBI混合鍵合,我們認(rèn)為這是一種出色的解決方案,特別是在D2W配置中,因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)更低的電寄生效應(yīng),更低的熱阻抗,在JEDEC(電子器件工程聯(lián)合委員會(huì))高度限制內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多堆疊的芯片,以及與熱壓鍵合相比減少鍵合周期。此外,DBI混合鍵合本身可以在低溫下進(jìn)行,并且不需要底部填充,這是相比替代鍵合方案的顯著優(yōu)勢(shì)。我們正積極與客戶合作,展示這些優(yōu)勢(shì),并期待近、中期的商業(yè)化產(chǎn)品。
我們還將3D NAND視為W2W DBI混合鍵合的重要機(jī)遇。微米級(jí)DBI互聯(lián)可以支持將I/O和存儲(chǔ)器單元構(gòu)建在單獨(dú)的晶圓上實(shí)現(xiàn)獨(dú)立優(yōu)化的工藝節(jié)點(diǎn),然后堆疊,從而實(shí)現(xiàn)顯著的性能、密度和成本優(yōu)勢(shì)。這是我們具有近、中期商業(yè)化潛力的另一個(gè)重要業(yè)務(wù)。
W2W和D2W DBI混合鍵合晶圓示意圖
MI:除了三星之外,一家總部位于中國(guó)的新存儲(chǔ)廠商長(zhǎng)江存儲(chǔ)(YMTC),在2018年底發(fā)布了其Xtacking技術(shù)(不使用TSV)。DBI和W2W組裝工藝是否與NAND晶圓兼容?Xperi在不斷增長(zhǎng)的中國(guó)存儲(chǔ)市場(chǎng)的計(jì)劃是什么?會(huì)很快商業(yè)化嗎?
PE:Invensas DBI技術(shù)兼容DRAM和NAND晶圓。Invensas DBI鍵合工藝的熱預(yù)算可以限制在150℃,這為廣泛的應(yīng)用打開了大門。
就中國(guó)而言,“中國(guó)制造2025”計(jì)劃正在推動(dòng)中國(guó)對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的需求。因此,我們認(rèn)為即將興起的中國(guó)半導(dǎo)體制造商和代工廠,代表了ZiBond和DBI等3D集成技術(shù)的重要機(jī)遇。我們正在這個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)與各類廠商合作,期待很快將有產(chǎn)品商業(yè)化。
MI:在低溫鍵合中加入的縮放和低間距技術(shù)是混合鍵合的一些優(yōu)點(diǎn)。所需的極低表面粗糙度可能是該技術(shù)的難點(diǎn)/缺點(diǎn)。您能否詳細(xì)介紹一下混合鍵合技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)?
PE:與其他技術(shù)相比,縮放互聯(lián)間距是DBI技術(shù)的一個(gè)基本優(yōu)勢(shì)。雖然Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合在表面粗糙度和表面清潔度方面具有嚴(yán)苛的要求,但行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的亞微米特征尺寸“大馬士革”(Damascene)工藝和潔凈室環(huán)境,已被用于多代CMOS工藝節(jié)點(diǎn)后端工藝的多級(jí)互聯(lián)堆疊,已被證明能夠滿足這些技術(shù)的要求,已經(jīng)出貨數(shù)十億顆的BSI圖像傳感器便是有力證明。
MI:工藝改進(jìn)的下一步是什么?
PE:我們不斷參與自己內(nèi)部和客戶的工藝改進(jìn),以滿足特定應(yīng)用中出現(xiàn)的特定需求。過去幾年的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是D2W DBI混合鍵合,我們認(rèn)為這對(duì)于DRAM和異構(gòu)邏輯器件和存儲(chǔ)器集成應(yīng)用非常重要。我們的研究重點(diǎn)是優(yōu)化切割、清潔和高通量芯片鍵合,已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。我們對(duì)這種特定方案的前景及其對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的影響感到非常興奮。
MI:由于更小的特征尺寸,W2W對(duì)準(zhǔn)精度要求更高。目前在HVM應(yīng)用中可行的精度是多少,未來(lái)幾年的路線圖將如何發(fā)展?
PE:目前量產(chǎn)的晶圓鍵合設(shè)備能夠達(dá)到+/- 250nm的對(duì)準(zhǔn)精度,3 sigma,并且在HVM中支持3.7um間距DBI混合鍵合。設(shè)備供應(yīng)商表示,他們的路線圖中有100nm甚至50nm,3 sigma對(duì)準(zhǔn)能力,我們很期待到時(shí)利用這種性能。
MI:高端細(xì)分領(lǐng)域的先進(jìn)封裝正變得多樣化,包括各種采用或不采用TSV的先進(jìn)封裝技術(shù),其中包括英特爾的Foveros和EMIB、三星的RDL技術(shù)、Chip-on-Wafer-on-Substrate(CoWoS)、臺(tái)積電的基板上的3D SoC和集成扇出型封裝(InFO),以及安靠(Amkor)的SWIFT等技術(shù)。您是否認(rèn)為它們是現(xiàn)有TSV和W2W技術(shù)的真正挑戰(zhàn)者?Xperi如何看待這些技術(shù)?Xperi會(huì)支持這些技術(shù)嗎?
PE:我們預(yù)計(jì)會(huì)有各種各樣的封裝技術(shù)可供選擇,因?yàn)槭袌?chǎng)和應(yīng)用需求變化很大。現(xiàn)實(shí)情況是,行業(yè)需要一種包含各種封裝和互聯(lián)解決方案的工具集,可以從中選擇以解決市場(chǎng)不斷變化的需求。雖然,隨著應(yīng)用的成熟,可能會(huì)對(duì)這些解決方案進(jìn)行一些整合,但我們預(yù)計(jì)各種封裝和互聯(lián)解決方案將在未來(lái)幾年共存。需要注意的是,這些技術(shù)中的一些是互補(bǔ)關(guān)系,而不是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。例如,DBI混合鍵合是一種多功能互聯(lián)解決方案,可與各種2.5D和3D封裝組裝技術(shù)結(jié)合使用。
MI:Yole認(rèn)為,隨著臺(tái)積電作為代工廠,3D SoC技術(shù)將在2019年進(jìn)入市場(chǎng)。混合鍵合作為所使用的互聯(lián)技術(shù)處于有利位置。你們的技術(shù)是否適用于邏輯W2W或D2W堆疊的存儲(chǔ)?
PE:W2W和D2W方案中的Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術(shù),都適用于邏輯堆疊應(yīng)用中的3D SoC和存儲(chǔ)器。早期的一個(gè)例子還是圖像傳感器市場(chǎng),其中存儲(chǔ)已經(jīng)與三層堆疊圖像傳感器中的邏輯堆疊,ZiBond直接鍵合提供了機(jī)械鍵合,TSV提供了電氣互聯(lián)。DBI混合鍵合也已經(jīng)可以用于實(shí)現(xiàn)這種類型的集成。我們目前重點(diǎn)關(guān)注的3D堆疊DRAM的D2W研究,實(shí)際上與3D SoC直接相關(guān)。
DBI混合鍵合為3D SoC提供的令人興奮的功能,是能夠以與芯片內(nèi)互聯(lián)間距相媲美的間距,連接堆疊中的每個(gè)芯片。這可以消除I/O接口,實(shí)現(xiàn)芯片間與芯片內(nèi)互聯(lián)相當(dāng)?shù)男酒?jí)互聯(lián)。這對(duì)功耗、占位面積和金屬層減少具有積極意義。實(shí)現(xiàn)這種新設(shè)計(jì)方案的一個(gè)挑戰(zhàn)是改變?cè)O(shè)計(jì)過程中的2D思維。以3D堆疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)器件是一種架構(gòu)模式的轉(zhuǎn)變,利用DBI混合鍵合可以實(shí)現(xiàn)很多3D SoC優(yōu)勢(shì)。
MI:顯示和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)(AR/VR/MR)市場(chǎng)需要高互聯(lián)密度來(lái)連接顯示器及其驅(qū)動(dòng),混合鍵合技術(shù)是否與這些市場(chǎng)和應(yīng)用兼容?
PE:Invensas DBI混合鍵合也非常適合顯示和AR/VR/MR市場(chǎng)。這些市場(chǎng)的常見應(yīng)用是在邏輯驅(qū)動(dòng)陣列層上堆疊光學(xué)發(fā)射器陣列層,這類似于在圖像傳感器應(yīng)用的邏輯讀出陣列層上堆疊光學(xué)探測(cè)器陣列層。DBI混合鍵合可以支持低至1um的互聯(lián)間距,這些應(yīng)用可能需要使用當(dāng)前或即將推出的新設(shè)備。此外,這些光學(xué)發(fā)射器市場(chǎng)通常需要非硅發(fā)射器材料,例如GaN,這類材料具有與硅顯著不同的熱膨脹系數(shù)。這可以通過DBI混合鍵合工藝的低熱預(yù)算來(lái)實(shí)現(xiàn),這與其他具有較高熱預(yù)算的鍵合技術(shù)不同,這些技術(shù)無(wú)法滿足這些市場(chǎng)和應(yīng)用的需求。
MI:W2W組裝以及混合鍵合是純代工業(yè)務(wù),搶奪了外包半導(dǎo)體封測(cè)廠商(OSAT)先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的營(yíng)收。您是否看到OSAT廠商嘗試在這個(gè)領(lǐng)域重新尋求市場(chǎng)定位?
PE:Invensas DBI混合鍵合的低擁有成本和高附加值,使其成為有意提高利潤(rùn)并擴(kuò)大供應(yīng)能力的OSAT廠商的理想候選技術(shù)。尤其是D2W DBI混合鍵合技術(shù)即將商業(yè)化,為OSAT利用其高度相關(guān)的芯片處理經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)提供了機(jī)遇。
關(guān)于Xperi
Xperi公司以及旗下全資子公司DTS、FotoNation、Invensas 及 Tessera致力于打造各種創(chuàng)新技術(shù)方案,為全球消費(fèi)者呈現(xiàn)獨(dú)一無(wú)二的體驗(yàn)。數(shù)百家全球領(lǐng)先的合作伙伴獲得了Xperi解決方案的授權(quán),數(shù)十億件授權(quán)產(chǎn)品遍布全球,產(chǎn)品范圍涵蓋音頻、廣播、計(jì)算成像、計(jì)算機(jī)視覺、移動(dòng)計(jì)算和通訊、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、3D半導(dǎo)體互聯(lián)和封裝等領(lǐng)域。
來(lái)源:據(jù)麥姆斯咨詢介紹
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來(lái)電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠(chéng)邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國(guó)電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
濾波電感
濾波器
路由器設(shè)置
鋁電解電容
鋁殼電阻
邏輯IC
馬達(dá)控制
麥克風(fēng)
脈沖變壓器
鉚接設(shè)備
夢(mèng)想電子
模擬鎖相環(huán)
耐壓測(cè)試儀
逆變器
逆導(dǎo)可控硅
鎳鎘電池
鎳氫電池
紐扣電池
歐勝
耦合技術(shù)
排電阻
排母連接器
排針連接器
片狀電感
偏光片
偏轉(zhuǎn)線圈
頻率測(cè)量?jī)x
頻率器件
頻譜測(cè)試儀
平板電腦