采用硅中介层是否有价值

采用硅中介层是否有价值
2012-10-30 9:43:56 日经BP社行业:其它浏览

　　美国赛灵思公司(Xilinx)表示，该公司的FPGA“Virtex-72000”系列拥有其他公司产品无法比拟的高处理能力和低耗电量。该系列采用了新技术“Stacked Silicon Interconnect Technology(SSIT)”，现已开始样品供货。但使用硅中介层(Silicon Interconnect)的首款“2.5D封装”产品的实际成本目前是多少?今后5年内又会发生什么变化呢?

　　由四层构成

　　Virtex-72000系列产品的外部封装为45x45mm2的1200管脚BGA。采用65nm CMOS工艺制造的3D硅中介层利用回流焊技术以倒装芯片的形式封装在BGA有机基板上。3D中介层拥有四个平坦的金属层(三个铜镶嵌层和一个铝层)，厚度为100μm。直径10μ～12μm的通孔完全以铜填充，中介层的尺寸为10cm2左右。中介层上面有几个采用28nm CMOS工艺制造的200mm2左右的“薄片”，上面配备有DSP、存储器以及可编程逻辑阵列。还设有SerDes接口的块。芯片通过Cu-Sn合金微凸块以倒装芯片的形式封装在中介层。两个连续凸块的最小间距为45μm。采用高精度热压焊技术进行结合。本文图片为模块的截面图和电路图。

　　对于封装的未知特性，业界存在多种假定。我们采用了中介层成品率为95%、之后的组装过程的成品率为99%的假定。虽然组装工序的成品率一般会比这一数值更高，但我们考虑了高精度倒装芯片连接过程多达五个等复杂性采用了这种假定。制造硅中介层的工厂可能是已完成设备折旧、拥有65nm CMOS工艺设备的代工厂——台湾台积电(TSMC)的第七工厂。

　　中介层的制造成本

　　假设台积电2012年制造的300mm直径中介层用晶圆不到1万枚，那么估计用来形成TSV(硅通孔)的设备就不用计算折旧费用了。而重新布线层是用已折旧完的设备来完成的。TSV用设备包括以下几种。

　　--通孔蚀刻用DRIE(deep reactive ion etching)装置

　　--通孔填充用镀铜装置

　　--晶圆键合装置和晶圆剥离装置

　　--为使TSV外露而打薄晶圆的装置

　　使用我们的“TSV CoSiM+”成本模型来计算硅中介层的制造成本，可以得出2012年中介层用单位晶圆的总制造成本为683美元的结果。其中，61%为设备折旧成本，21%为材料、消耗品(气体及化学物质)、能源以及晶圆相关成本，11%为未加工晶圆(硅晶圆与粘合搬运)成本，5%为成品率损失，人工成本只有2%。TSV相关工艺占制造成本的四分之三，但设备折旧之后，估计将来这一比例将会缩小。

　　从我们的推断来看，台积电为初期供货的中介层用晶圆设定了较高的利润率(60%)。由此，估计2012年年底之前晶圆价格为1700美元。这意味着中介层的价格最高为30美元。

　　组装和封装成本

　　封装基板采用4-2-4型倒装芯片BGA有机组装基板，估计每块售价为17美元。总组装成本为两美元多一点，其中60%是由1%的成品率损失造成的。Virtex-7模块内的Si CMOS部分成本为125美元。估计在CMOS裸片与硅中介层之间作为填充材料使用的粘合剂——非导电膏占到了总组装成本的四分之一。假设后工序代工厂商(OSAT)——美国安可科技(Amkor Technologies)设定的组装和封装服务的利润率为30%，那么赛灵思就要为基板、中介层及CMOS裸片堆叠支付近3美元。而且，还要为“薄片”的铜凸块支付3美元。

　　Virtex-7替代的解决方案

　　要使FPGA的可编程栅极实现相同的数量，需要采用两个单一裸片封装。这时，一个封装的尺寸是Virtex-7的“薄片”的两倍大小，这会导致前工序的成品率降低。而且，还会造成耗电量增加，处理能力降低。如果台积电开始大量生产赛灵思以外的硅中介层用晶圆，规模效益的影响就会增大，TSV相关设备的折旧也会加快。涉足硅中介层业务的与台积电竞争的企业将会面临利润率降低的压力。赛灵思的SSIT技术主要用于高性能数码产品用途，估计今后5年内将会提供出色的性能以及大幅降低成本的可能性。而且，估计还会战胜标准的单一裸片封装解决方案。

�