微電子科技產品設計約從 1990 年代初期,開始由成熟的混合微電路技術,轉型至多晶片模組 (MCMs),以因應市場上日益提升的效能需求,以及體積輕巧便攜的消費電子產品趨勢。
如今異質整合晶片當道,為降低功耗、壓縮體積,並改善效能,半導體先進封裝技術走向量產,連帶使 KGD 解決方案獲得更高的討論聲量。透過本篇文章,讓我們一起了解究竟何謂 KGD Die?又為什麼在半導體發展的必然趨勢之下,KGD 得以扮演產業創新要角?
KGD 的英文全名是「Known Good Die」,著手探究其定義與應用之前,讓我們先了解晶圓 (wafer)、晶粒 (die)、晶片 (chip) 三者的分別:
晶圓是一種圓形矽晶片,也是生產積體電路所用的載體,可加工製成各種電路元件結構、具特定電性功能的集成電路產品,而連結這些電晶體的基板就是「矽」;一片 wafer 可切割成數量不等的Die。
晶圓上的每個獨立小塊,都是一個晶圓顆粒體,切割後就成爲一個晶粒 (die)。晶粒的外形通常為長方形或正方形,尺寸大小依不同功能需求、不同設計、不同製程而有所不同。
晶圓經過切割、測試,再將完好且穩定的晶粒取下、封裝,便成為一般人熟悉的晶片 (chip),也就是積體電路 (IC)。積體電路發明後,技術也開始高速發展,最早期一個晶片只能塞進五個電晶體,發展到現代,可容納數量已達數億個電晶體。
中文將 Known Good Die 翻譯為「良品裸晶粒」,在業界常與 KGD Dram、KGD Die 等名詞交互使用。
KGD 的完整定義是指:經過重重檢測,已確認具有與封裝後產品同等之質量水準、可靠程度,並符合指定功能、規格標準的裸晶粒或未經封裝的晶片。半導體廠商採用 KGD 顆粒後,再與自家產品封裝成單一晶片,進行最終測試,最後出貨給需要的業者。
KGD 與一般電晶體最大的不同點在於,KGD 屬於未封裝的裸晶粒,故能因應系統級封裝 (SiP)、多晶片封裝 (MCP) 需求,與其他種類的裸晶堆疊使用,進行異質性整合;意即在同一封裝中將晶片做 3D 立體堆疊,或者進行 2.5D 配置封裝,將邏輯晶片、記憶體、射頻元件等不同性質的電子零件整合,實現系統級之高效能、低功耗、高集成度,同時維持成品的精巧體積。
Area Array Interconnection Handbook 一書中比較了 KGD 應用如何影響不同等級之 MCM 封裝,並歸納出兩項原則:
Source: Bertin, Claude & Su, Lo-Soun & Horn, Jody. (2001). Known Good Die (KGD). 10.1007/978-1-4615-1389-6_4.
數位轉型浪潮下,物聯網 (IoT)、大數據和 AI 等新興科技,走向商業化應用,連帶推動半導體產業出現新一輪成長,晶片產品之創新需求強勁,程度更是前所未見。然而不可否認的是,傳統摩爾定律 (Moore’s Law) 的 2D 製程微縮腳步正在趨緩。
從過往單純的尺寸微縮,走向整合不同種類晶片的「More than Moore」, 晶圓製程微縮與先進封裝的高階需求,正催動更豐富的 KGD 產品應用,除了既有的筆電、平板電腦等行動裝置、消費電子產品、數位視訊轉換盒、數位相機、智慧穿戴裝置等,未來在衛星定位、5G 通訊、智慧工廠、車用電子等應用前景同樣令人期待。
面對半導體產業下個十年,晶片發展於精度、速度層面上的新挑戰,由平面走向 3D、同時具備高度晶片整合能力的封裝技術,儼然成為產品差異化關鍵,而 KGD 可以是 IC 產業鏈實現 PPACt(晶片功率、效能、單位面積成本、上市時間)技術藍圖的敲門磚,透過晶片級和系統級的改進與創新,提升長期獲利成長的能力。
針對不同應用需求,目前市場上存在多種 KGD 解決方案,其中 4C 消費型電子業者採用「應用導向緩衝記憶體 KGD」,除了能滿足效能需求,更有機會取得下列幾點產品優勢:
不同於系統單晶片 (SoC) 將處理器、記憶體等多重功能,全數集結封裝至單一系統晶片的做法,「應用導向緩衝記憶體 KGD」透過 2.5D/3D 方式,堆疊不同種類之邏輯晶粒、記憶體晶粒、類比晶粒、射頻晶粒及快閃記憶體晶粒,完成異質性垂直整合。
KGD 是晶片組供應商向客戶提供系統級封裝 (SiP) 時的首選,有助與簡化系統設計並縮小晶片尺寸。鈺創科技從2000年開展KGD記憶體量產,曾獲得英特爾供應商獎等諸多榮譽,迄今出貨量已超過26億顆,所研發的應用導向緩衝記憶體KGD,採用新穎的電路設計,並經過嚴格晶圓級老化測試,在兼顧產品品質的情況下,也能符合製作成本效益,不僅尺寸小可彈性運用,整合度高、應用層面廣的特性,讓電子產品效能大幅提昇,此外,更提供客製化服務,協助您使用高品質的晶片原料,減少成本之餘,更符合時代趨勢,成為廣受消費者、合作對象青睞的科技廠家。
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