技术文章
2023/03/31

KGD 是什么?认识KGD定义、功能与应用实例

KGD:將晶圓上數個小晶粒依序安裝在基板上

 

微电子科技产品设计约从 1990 年代初期,开始由成熟的混合微电路技术,转型至多芯片模块 (MCMs),以因应市场上日益提升的效能需求,以及体积轻巧便携的消费电子产品趋势。

如今异质整合芯片当道,为降低功耗、压缩体积,并改善效能,半导体先进封装技术走向量产,连带使 KGD 解决方案获得更高的讨论声量。透过本篇文章,让我们一起了解究竟何谓 KGD Die?又为什么在半导体发展的必然趋势之下,KGD 得以扮演产业创新要角?

 

【白话文解析】Known GoodDie

KGD 的英文全名是「Known Good Die」,着手探究其定义与应用之前,让我们先了解晶圆 (wafer)、晶粒 (die)、芯片 (chip) 三者的分别:

Wafer 晶圆

晶圆是一种圆形硅芯片,也是生产集成电路所用的载体,可加工制成各种电路组件结构、具特定电性功能的集成电路产品,而链接这些晶体管的基板就是「硅」;一片 wafer 可切割成数量不等的Die。

Die 晶粒

晶圆上的每个独立小块,都是一个晶圆颗粒体,切割后就成为一个晶粒 (die)。晶粒的外形通常为长方形或正方形,尺寸大小依不同功能需求、不同设计、不同制程而有所不同。

Chip 芯片

晶圆经过切割、测试,再将完好且稳定的晶粒取下、封装,便成为一般人熟悉的芯片 (chip),也就是集成电路 (IC)。集成电路发明后,技术也开始高速发展,最早期一个芯片只能塞进五个晶体管,发展到现代,可容纳数量已达数亿个晶体管。

 

 

何谓良品裸晶粒 KGD/KGD Die)?

中文将 Known Good Die 翻译为「良品裸晶粒」,在业界常与 KGD Dram、KGD Die 等名词交互使用。

KGD 的完整定义是指:经过重重检测,已确认具有与封装后产品同等之质量水平、可靠程度,并符合指定功能、规格标准的裸晶粒或未经封装的芯片。半导体厂商采用 KGD 颗粒后,再与自家产品封装成单一芯片,进行最终测试,最后出货给需要的业者。

KGD 与一般晶体管最大的不同点在于,KGD 属于未封装的裸晶粒,故能因应系统级封装 (SiP)、多芯片封装 (MCP) 需求,与其他种类的裸晶堆栈使用,进行异质性整合;意即在同一封装中将芯片做 3D 立体堆栈,或者进行 2.5D 配置封装,将逻辑芯片、内存、射频组件等不同性质的电子零件整合,实现系统级之高效能、低功耗、高集成度,同时维持成品的精巧体积。

 

解读KGD产业应用

Area Array Interconnection Handbook 一书中比较了 KGD 应用如何影响不同等级之 MCM 封装,并归纳出两项原则:

  1. KGD 适用于高产品价值、高装置计数 (device count),或者构造复杂、造价昂贵的 IC 设计。
  2. KGD 可能不适用于生产成本极低、仅具备少量或构造简单的 IC 设计。

 

 

KGD如何影響不同等級之MCM封裝
Source: Bertin, Claude & Su, Lo-Soun & Horn, Jody. (2001). Known Good Die (KGD). 10.1007/978-1-4615-1389-6_4.

 

数字转型浪潮下,物联网 (IoT)、大数据和 AI 等新兴科技,走向商业化应用,连带推动半导体产业出现新一轮成长,芯片产品之创新需求强劲,程度更是前所未见。然而不可否认的是,传统摩尔定律 (Moore’s Law) 的 2D 制程微缩脚步正在趋缓。

从过往单纯的尺寸微缩,走向整合不同种类芯片的「More than Moore」, 晶圆制程微缩与先进封装的高阶需求,正催动更丰富的 KGD 产品应用,除了既有的笔电、平板计算机等行动装置、消费电子产品、数字视频转换盒、数字相机、智能穿戴装置等,未来在卫星定位、5G 通讯、智能工厂、车用电子等应用前景同样令人期待。

 

为什么大家纷纷采用KGD 一窥KGD与芯片封测大趋势

面对半导体产业下个十年,芯片发展于精度、速度层面上的新挑战,由平面走向 3D、同时具备高度芯片整合能力的封装技术,俨然成为产品差异化关键,而 KGD 可以是 IC 产业链实现 PPACt(芯片功率、效能、单位面积成本、上市时间)技术蓝图的敲门砖,透过芯片级和系统级的改进与创新,提升长期获利成长的能力。

针对不同应用需求,目前市场上存在多种 KGD 解决方案,其中 4C 消费型电子业者采用「应用导向缓冲存储器 KGD」,除了能满足效能需求,更有机会取得下列几点产品优势:

  • 削减系统成本
  • 压缩产品体积
  • 降低系统功耗
  • 达成高速数据传输
  • 避免电磁干扰 (EMI)

不同于系统单芯片 (SoC) 将处理器、内存等多重功能,全数集结封装至单一系统芯片的做法,「应用导向缓冲存储器 KGD」透过 2.5D/3D 方式,堆栈不同种类之逻辑晶粒、内存晶粒、模拟晶粒、射频晶粒及闪存晶粒,完成异质性垂直整合。

 

应用导向缓冲存储器KGD专业制造商|钰创科技

KGD 是芯片组供货商向客户提供系统级封装 (SiP) 时的首选,有助与简化系统设计并缩小芯片尺寸。钰创科技从2000年开展KGD内存量产,曾获得英特尔供货商奖等诸多荣誉,迄今出货量已超过26亿颗,所研发的应用导向缓冲存储器KGD,采用新颖的电路设计,并经过严格晶圆级老化测试,在兼顾产品质量的情况下,也能符合制作成本效益,不仅尺寸小可弹性运用,整合度高、应用层面广的特性,让电子产品效能大幅提升,此外,更提供客制化服务,协助您使用高质量的芯片原料,减少成本之余,更符合时代趋势,成为广受消费者、合作对象青睐的科技厂家。

延伸阅读:
利基型内存 (Specialty DRAM)是什么?了解DRAM功能、用途
钰创董事长卢超群:同体/异质整合加乘 硅4.0时代爆发可期