手机需求带动存储器多晶片封装（MCP）技术发展

手机产品从以往的单纯语音通讯与文字简讯功能，迈入多应用的数据功能时代后，手机厂商已经无法再像过去一样仅以品牌形象或独特外观设计，便能轻易掳获消费者的青睐。

　根据国际研究机构InStat在2004年对美国地区消费者在未来手机功能需求调查显示，有62.4％的受访者希望未来的手机能够具备定位导航的功能，以便看地图或寻找亲友的所在位置；其次，有59.7％的受访者希望未来手机能收发电子邮件；第三，有37.3％的受访者希望未来手机具有收发数位相片的功能，使用者可以透过手机与朋友互传相片，或将照片传至个人电脑中储存；第四，10.8％的受访者希望能在手机上玩游戏或透过手机进行多人连线游戏；最后则有7.7％的受访者希望能在手机上听音乐或下载、传送音乐档案。

　由此调查结果可以发现，未来能吸引消费者采购的手机主要功能包括：定位导航、多媒体讯息（Multimedia Messaging Service；MMS）的收发、资料传输（包含电子邮件收发与个人电脑同步处理）、影音以及游戏娱乐功能等。先进手机厂商为了迎合消费者的需求，目前正在研发中或已有少量产品问世的应用功能如双网手机、数位电视手机及MP3手机等。

手机，不只是通讯装置

　整合无线区域网路与手机网路的「双网手机」，可说是目前最受产官研重视的下一代手机型态。双网手机的发展目标一方面是希望能够透过双网的结合，以建立无缝隙的行动通讯环境与应用终端；另一方面则希望能藉由手机结合无线区域网路的高速率传输特性，以扩大行动通讯服务的应用领域。

　由于数位电视相关标准组织为了能扩大数位电视的应用范围，从2003年起陆续开发行动终端用的数位电视技术规格，让行动通讯服务与终端制造业者得以跨入这个市场，期望把手机重新定位为具备影音视听功能的行动娱乐终端。

　在MP3音乐随身播放器逐渐具有取代传统CD随身听的态势后，由于MP3音乐与数位相机一样具有可独立运作，无需系统服务业者配合的特性，且内建MP3功能仅需音效解码器、播放程式与较大的储存记忆体等软硬体设计，因此成为继数位相机与手机整合后，另一个被视为极具市场吸引力的杀手级应用。

行动记忆体备受瞩目

　由手机多媒体应用日渐增多的趋势来看，记忆体容量多寡已成为下一代手机能否添增各项多媒体功能的关键因素之一。常见的手机记忆体主要包含NOR Flash、NAND Flash、Low Power SRAM及Pseudo SRAM等。

　NOR Flash是由英特尔（Intel）所发展出来的架构，读取速度较NAND Flash快，可以在单位区块（Block）上进行读写，需要高电压和较长的涂抹时间，主要做为程式码（Code）储存之用，而技术领先者为英特尔、超微（AMD）及富士通（Fujitsu）。手机为NOR Flash最主要的应用，目前NOR Flash主流容量为64Mb，2004年出货量为5.96亿颗；128Mb及32Mb排名第二及第三，出货量分别为4.2亿及4.1亿颗。

　NAND Flash是由东芝（Toshiba）所发展出来的架构，读取资料速度较NOR Flash慢，但有较小的记忆晶胞（Memory Cell）面积，每Megabit成本较NOR Flash为低，因此目前市面上的大容量Flash产品都以NAND Flash为主，可作为消费性电子产品资料（Data）储存之用，主要技术领先者为东芝及三星（Samsung）。数位相机及手机等产品之大量影音资料储存是NAND Flash最主要的应用，大部分为快闪记忆卡的产品型态。目前NAND Flash主流容量为512Mb及1Gb，2004年出货量分别为2.05亿及2亿颗；256Mb及128Mb排名第三及第四，出货量分别为1.1亿及1亿颗。

　Low Power SRAM主要为传统六个电晶体的结构，因此在体积及成本上会比Pseudo SRAM高，目前主流容量为8Mb，2004年出货量为2.6亿颗（45ns以上）；而4Mb排名第二，出货量为1.8亿颗；其次是2Mb及1Mb，出货量分别为1亿及0.96亿颗。

　Pseudo SRAM是以DRAM记忆胞（Cell）为资料储存架构，并结合SRAM的I/O与控制介面。Pseudo SRAM为一个电晶体和一个电容的结构，体积比六个电晶体结构的Low Power SRAM小，故成本较便宜。而目前Pseudo SRAM在16Mb以上的容量，开始出现取代Low Power SRAM的趋势。Pseudo SRAM现今的主流容量为64Mb，2004年出货量为0.8亿颗；32Mb排名第二，有0.65亿颗；16Mb排名第三，有0.28亿颗；128Mb排名第四，有0.05亿颗。

多晶片封装：往上堆叠成主流

　由于手机多媒体应用日渐增多，造成手机记忆体容量需求亦随之增加，然而因手机轻薄短小的趋势，所以记忆体晶片在系统产品中能用的空间愈来愈小，故将手机记忆体NOR Flash、NAND Flash、Low Power SRAM及Pseudo SRAM堆叠封装成一颗的多晶片封装（Multi-Chip Packaging:MCP）技术很普遍地应用在手机上，以节省空间达到轻薄短小的目的（如图1所示）。

图1：手机用MCP发展趋势

　观察近年来MCP技术发展，以韩国三星电子较其它厂商积极，在2005年1月宣布已发展出全球首见8颗晶片堆叠的MCP技术（如图2所示），计画应用在高容量记忆体的行动产品，例如3G高阶行动电话，与其它体积愈趋迷你的行动应用电子装置市场。此产品的尺寸为11mm 14mm 1.4mm，内含2颗1Gb NAND Flash，2颗256Mb NOR Flash，2颗256Mb Mobile DRAM，以及1颗128Mb及1颗64Mb的UtRAM（Unit Transistor RAM），记忆体容量达3.2Gb。三星电子曾于2003年11月开发出6颗晶片堆叠的MCP技术，一年后又提升至8颗晶片，显示非常重视此技术的发展。

图2：Samsung之8颗晶粒的MCP样品

　三星电子随即在2005年2月表示已开始量产全球最大容量的2.5Gb MCP记忆体，而过去MCP最大容量为1.5Gb。此次量产的产品系将2颗1Gb NAND Flash与2颗256Mb Mobile DRAM堆叠，4颗晶片整合于单一封装的MCP。其中，NAND型快闪记忆体可于3G手机储存动态影像与照片等大容量数据，Mobile DRAM则用作临时储存、处理大容量数据的缓冲记忆体（Buffer Memory）。若是内建于手机，最多可储存及处理4小时的QVGA级（画素数：320 240）高画质动态影像，表示可以手机约下载两部电影观看。

MCP引发高度关切

　由55个国家与经济体早已达成资讯科技协定（Information Technology Agreement；ITA），要取消半导体关税；而在ITA协定施行后，部分国家又对后来兴起的MCP课征2～8％不等的关税。半导体产业协会（Semiconductor Industry Association；SIA）认为MCP与其它半导体封装无异，于2005年3月呼吁相关国家取消对MCP模组的关税，且此措施应当扩充到世界贸易组织（World Trade Organization；WTO）架构的成员国当中。

　南韩政府针对MCP课征8％关税，较其它国家高出许多，但经过美国政府施压之后，才减少到与美国相仿的2.6％税率。根据JMS（Japan Marketing Survey）所提供的2004年全球MCP封装产能资料中，南韩仅占6.5％（几乎全来自于三星电子），而日本最高占41.8％，北美次之占27％，台湾第三占14％。推测南韩政府认定MCP技术将是未来手机记忆体的发展趋势，之前将关税提升至8％，乃保护国内三星电子对此技术之发展。而经过美国政府施压之后，南韩的MCP关税从8％减少到2.6％，使得三星电子MCP记忆体在南韩国内的价格优势降低，可能会影响其在南韩的市占率。

　过去手机记忆体只需要NOR Flash及Low Power SRAM，但随手机朝向3G及4G的技术向前发展，不仅手机记忆体需求的种类增多，例如还需要NAND Flash及Pseudo SRAM等，而且在容量的要求也日渐增加。在手机功能愈强且记忆体空间有限的情况下，MCP也由2 Chip、3 Chip发展至现在的8 Chip，以迎合未来手机对记忆体的需求（如图3所示）。

图3：Samsung MCP技术蓝图　

MCP技术发展的关键在于封装厚度的控制及测试的问题。一般来说，MCP所堆叠的记忆体晶片数量愈多，它的厚度也将随之增加，所以在整个设计过程中需控制晶片的厚度以减少晶片堆叠的空间。三星最近所发表的8颗晶片MCP厚度为1.4mm，这仅相当于目前4颗晶片MCP的厚度，表示即使堆叠的晶片数量增加，其厚度还是需控制在1.4mm左右。

结语

　由于使用MCP的封装技术时，若有一颗IC失效，将连带造成整个构装体中的所有IC无法运作，除了影响整体良率外，更会导致成本的大幅提高。而随着MCP堆叠的晶片愈来愈多，对于良率的影响将愈来愈严重。因此在封装前就需要确认IC的好坏与否，将成为MCP封装流程的重要步骤。良好裸晶（Known Good Die；KGD）的测试，指的是晶圆在制作完成后，未经封装即进行全功能测试（Full Functional Testing），甚或进行晶圆级的预烧测试（Wafer Level Burn-in Testing）；然而现阶段晶圆级预烧测试的技术发展尚未成熟，且高密度的探针卡（Probe Card）所需成本仍高。在未来MCP的发展之途，厂商仍需以KGD测试技术的成熟发展为基石，才能有效降低其成本。

　除了发展MCP的技术难度愈来愈高，还要面对非挥发性记忆体Flash所将面临的技术瓶颈，例如微缩不易及读写时间长等。许多先进厂商如Motorola、IBM及Infineon等大厂，投入下一代非挥发性记忆体MRAM的开发，为未来非挥发性记忆体市场进行布局。若是以MRAM来取代整个手机记忆体，在消耗电力、速度、体积及成本上将会比MCP记忆体更具优势，例如消耗电力比SRAM更低，速度比Flash更快，测试封装比MCP更容易，且体积更小，而且成本有机会更低。

　目前最大容量为IBM和Infineon于2004年6月所共同发表的16Mb MRAM，但目前手机MCP记忆体以64Mb的NOR Flash搭配8或16Mb的SRAM为主流，故现在MRAM的技术水准尚无法应用到主流的手机记忆体。在MRAM可以实际应用于手机之前，MCP是个过渡的技术，可以先满足手机记忆体的需求。若未来MRAM容量可以达128Mb以上时，则有机会接替MCP的位置，进入手机记忆体市场。（作者任职于工研院IEK产业分析师）

（本文转载于电子与电脑杂志2005年5月号）