6月9日，集微龍門陣第十九期直播 —“先進(jìn)封裝大潮下，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈如何變革？”以線上形式召開。據(jù)愛集微統(tǒng)計(jì)，本場(chǎng)活動(dòng)全網(wǎng)在線累計(jì)觀看人數(shù)：58851。
本次活動(dòng)邀請(qǐng)到的嘉賓包括均豪精密業(yè)務(wù)中心副總經(jīng)理李洪明、蘇州晶方半導(dǎo)體科技股份有限公司副總裁劉宏鈞、甬矽電子（寧波）股份有限公司研發(fā)總監(jiān)鐘磊，活動(dòng)主持為集微咨詢咨詢業(yè)務(wù)總監(jiān)陳躍楠。
開場(chǎng)致辭中陳躍楠表示，隨著后摩爾時(shí)代的到來，先進(jìn)制程逐漸逼近物理極限，產(chǎn)業(yè)界開始將目光投向封裝環(huán)節(jié)，先進(jìn)封裝技術(shù)成為產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)，本次活動(dòng)特邀封測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)企業(yè)家與會(huì)，意在呈現(xiàn)多維度的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)洞察。
芯片技術(shù)新藍(lán)海
隨著集成電路先進(jìn)制程不斷接近物理極限和商業(yè)合理性“極限”，封裝領(lǐng)域日益被視為有望在系統(tǒng)層面延續(xù)摩爾定律的技術(shù)“藍(lán)?！?，包括前道晶圓廠在內(nèi)的各路巨頭，紛紛在先進(jìn)封裝領(lǐng)域加大投入力度，摸索技術(shù)與商業(yè)可行性，也帶動(dòng)先進(jìn)封裝技術(shù)取得日新月異的發(fā)展。
那么，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，先進(jìn)封裝有哪些優(yōu)勢(shì)？對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來在應(yīng)用、技術(shù)等方面又會(huì)有怎樣的推動(dòng)作用？
與會(huì)嘉賓，首先為觀眾梳理了先進(jìn)封裝的發(fā)展脈絡(luò)。
知名設(shè)備廠商均豪精密工業(yè)股份有限公司副總經(jīng)理李洪明談到，早期封裝大致是一個(gè)管殼內(nèi)包含一顆單一功能的晶片，隨著終端應(yīng)用功能的不斷提高，單一芯片業(yè)逐漸發(fā)展為系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC），功能越來越強(qiáng)大。
不過對(duì)許多應(yīng)用需求，SoC化不見得是最優(yōu)實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)頗為耗費(fèi)工程資源與開發(fā)周期，也難以統(tǒng)籌各功能模塊最優(yōu)工藝和材料，如模擬、射頻芯片，可能28乃至65納米就已經(jīng)是最佳節(jié)點(diǎn)。
李洪明表示，除了SoC以外，另一個(gè)解決方式就是把數(shù)顆芯片整合在一個(gè)封裝內(nèi)，也就是所謂系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP），SiP內(nèi)的互連需求，催生了TSV等技術(shù)發(fā)展?？傮w看，以chiplet為代表的先進(jìn)封裝技術(shù)，有望使芯片設(shè)計(jì)如同搭積木，利用不同材料、工藝節(jié)點(diǎn)、功能的die形式“硬IP”整合為完整芯片，實(shí)現(xiàn)最大功效，如物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，由于對(duì)產(chǎn)品功耗、成本和體積的嚴(yán)苛要求，2.5D封裝等先進(jìn)技術(shù)有廣闊應(yīng)用前景，此外，手機(jī)或車載解決方案、高性能計(jì)算等領(lǐng)域，同樣適合于先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)揮價(jià)值。
李洪明特別提到，本次與會(huì)的晶方半導(dǎo)體，其微型化圖像傳感器模塊，依托其晶圓級(jí)封裝實(shí)力，將CMOS與DSP通過TSV實(shí)現(xiàn)了3D堆疊，就是充分發(fā)揮先進(jìn)封裝技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)非常好范例。
晶方副總裁劉宏鈞則表示，先進(jìn)封裝與傳統(tǒng)封裝相比，首先在技術(shù)上隨著互連方式的變化，工藝與前道環(huán)節(jié)有更多重疊，其次在產(chǎn)品形態(tài)上，TSV、微凸點(diǎn)、RDL等技術(shù)為裸片在垂直方向堆疊設(shè)計(jì)提供了可行手段，互聯(lián)長(zhǎng)度的縮短帶來延時(shí)、功耗、集成度方面一系列直接價(jià)值，同時(shí)也賦予芯片設(shè)計(jì)的全新空間。
劉宏鈞展望稱，隨著chiplet熱潮興起，先進(jìn)封裝技術(shù)未來十年還將會(huì)有一系列新的演化，未來產(chǎn)業(yè)前景廣闊。
甬矽電子研發(fā)總監(jiān)鐘磊則為本次線上沙龍精心準(zhǔn)備了演示文檔，他指出，先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展有這樣兩大驅(qū)動(dòng)因素，一是前道環(huán)節(jié)先進(jìn)制程迫近物理極限，發(fā)展放緩，二是高性能芯片研發(fā)量產(chǎn)所需成本指數(shù)級(jí)上升，迫使產(chǎn)業(yè)界尋找其他解決方案。
從技術(shù)趨勢(shì)看，先進(jìn)封裝的關(guān)鍵尺寸（TSV直徑、凸點(diǎn)節(jié)距等）正不斷縮小，RDL層次結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，die與die互連也從平面向3D，從有源異構(gòu)向有/無源異質(zhì)集成演進(jìn)，并涌現(xiàn)出EMIB、FOVEROS、CoWoS等特色技術(shù)方案。
鐘磊指出，目前chiplet是一個(gè)尤其熱門的領(lǐng)域，為芯片設(shè)計(jì)帶來架構(gòu)和工藝上的更少約束，開發(fā)周期與成本有效壓縮，不同功能die可分別以最優(yōu)制程、最優(yōu)廠商制造，大大緩解了大芯片制造中的良率挑戰(zhàn)。
封測(cè)產(chǎn)業(yè)新機(jī)遇
嘉賓們談到的chiplet（芯粒）正是當(dāng)下先進(jìn)封裝領(lǐng)域最熱門的概念，不同來源、不同功能die像樂高積木一樣組合，對(duì)產(chǎn)業(yè)而言又能帶來怎樣的發(fā)展機(jī)遇？
圍繞異構(gòu)集成時(shí)代，先進(jìn)封裝發(fā)展的動(dòng)力和未來趨勢(shì)、潛力市場(chǎng)，幾位嘉賓發(fā)表了各自的洞察。
李洪明先生表示，應(yīng)用端需求，如可穿戴設(shè)備、車載系統(tǒng)、AI人工智能、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等，正帶動(dòng)整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)及至封裝技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)對(duì)體積極小化、功能極大化的先進(jìn)封裝技術(shù)探索。
對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展，李洪明先生總結(jié)了三大趨勢(shì)：
第一，封裝尺寸縮小，芯片尺寸封裝（CSP）將是必然的方向，這既有終端應(yīng)用需求牽引，也是基于制造效率因素，晶圓級(jí)封裝較之傳統(tǒng)封裝流程，在圓片上就基本完成測(cè)試封裝，再進(jìn)行劃片，實(shí)際上簡(jiǎn)化了測(cè)試、切割、挑選的流程，符合成本效益。
第二，芯片功能密度提高，也就是一顆芯片所需要具備的功能不斷增加，甚至可能將異質(zhì)的被動(dòng)元件也加以整合，如MEMS、光學(xué)傳感、化學(xué)乃至生物芯片，從封裝角度看，SiP的極致就是異質(zhì)功能模塊的結(jié)合。
第三，互連密度提高，不同功能die的整合，也對(duì)I/O提出更高需求，無論是扇出還是RDL，線寬間距等關(guān)鍵尺寸也需要不斷縮小，2.5D/3D堆疊的TSV互連，密度也將不斷增加。
除此之外，李洪明談到，時(shí)下熱門的chiplet概念中，有一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)即不同die之間的互連標(biāo)準(zhǔn)化，UCIe、OpenHBI、BoW等若能發(fā)展為通用標(biāo)準(zhǔn)，將有助于異構(gòu)集成的進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化。
鐘磊則指出，chiplet代表的異構(gòu)集成潮流，在高性能計(jì)算和人工智能領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，主要是由于相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)運(yùn)算處理或體積功耗的市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)，先進(jìn)制程芯片研制難度攀升也帶來技術(shù)上另辟蹊徑的需求，先進(jìn)封裝是未來多樣化算力需求與技術(shù)可用性之間的極佳平衡點(diǎn)，同時(shí)，高性能計(jì)算等領(lǐng)域?qū)Τ杀鞠鄬?duì)更為寬容，也適合于較傳統(tǒng)封裝更昂貴的先進(jìn)封裝技術(shù)早期落地應(yīng)用。
劉宏鈞認(rèn)為，大算力芯片會(huì)是chiplet規(guī)模應(yīng)用最具確定性的市場(chǎng)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)算力要求越來越高，未來甚至可能出現(xiàn)以最先進(jìn)制程、最大光刻曝光面積，都無法完成版圖中的所有晶體管制備，只能用先進(jìn)封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)算力die的拼接。
此外，除了做“大”，芯片做“小”也是先進(jìn)封裝的用武之地，劉宏鈞指出，以移動(dòng)設(shè)備為例，為了跟上用戶需求，存儲(chǔ)和電池體積剛性增長(zhǎng)，邏輯、射頻等功能元器件集成度必須進(jìn)一步提高，先進(jìn)封裝異構(gòu)集成將是必由之路。
劉宏鈞還提示，新冠疫情帶來生物傳感的爆發(fā)式增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、生物識(shí)別等需求會(huì)催生出非常多樣而奇妙的產(chǎn)品，也需要先進(jìn)封裝技術(shù)完成微流控等各類芯片異構(gòu)集成。
不過劉宏鈞也強(qiáng)調(diào)，發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)，產(chǎn)業(yè)鏈也面臨挑戰(zhàn)，封測(cè)企業(yè)與設(shè)備廠商必須密切協(xié)同，共生共贏，人才資源不足的現(xiàn)象，也亟待高校、企業(yè)乃至行業(yè)機(jī)構(gòu)能夠攜手破解。
產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同成共識(shí)
先進(jìn)封裝技術(shù)的演進(jìn)，在前道制造與后道封裝之間，催生出一個(gè)逐漸清晰的“中道”工藝體系與商業(yè)生態(tài)，這將不可避免將對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈帶來深遠(yuǎn)影響，甚至引發(fā)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重構(gòu)，對(duì)不同環(huán)節(jié)廠商而言帶來了各異的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，與會(huì)嘉賓盡管站位不同，但均強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的關(guān)鍵意義。
作為設(shè)備廠商代表，李洪明先生表示，先進(jìn)封裝的確在推動(dòng)整個(gè)供應(yīng)鏈重構(gòu)，均豪精密也把握趨勢(shì)，積極投身先進(jìn)封裝解決方案研發(fā)，例如檢測(cè)RDL線路缺陷所需的設(shè)備，以及晶圓級(jí)封裝所需的玻璃載板AOI檢測(cè)儀。
隨著先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展，RDL不但關(guān)鍵尺寸不斷微縮，絕緣層、再布線層結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，均豪的檢測(cè)設(shè)備可提供有效解決方案，并正在向3D結(jié)構(gòu)檢測(cè)演進(jìn)；對(duì)于玻璃載板這樣的耗材，如果能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)使用，封測(cè)廠效益會(huì)有很大提升，均豪AOI檢測(cè)儀能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)玻璃載板缺陷檢查，最大化提升利用率，此外在制程設(shè)備上，均豪還推出了面向晶圓減薄工序的高精度平面研磨設(shè)備，采用創(chuàng)新技術(shù)，可大幅節(jié)約生產(chǎn)成本、提升制程品質(zhì)和良率。
先進(jìn)封裝發(fā)展非常需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同配合，均豪也正以越來越大的研發(fā)投入，以期為行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)一份心力。
當(dāng)下，人工智能技術(shù)在晶圓制造過程中的應(yīng)用備受關(guān)注，在封測(cè)領(lǐng)域，李洪明先生也十分看好其應(yīng)用潛力，AI/ML在工藝過程控制反饋上有望扮演重要角色，例如芯片缺陷檢測(cè)，傳統(tǒng)AOI光學(xué)檢測(cè)設(shè)備對(duì)人工復(fù)判還有相當(dāng)大依賴，造成人工負(fù)擔(dān)較重，不同檢驗(yàn)員主觀判斷不一致，也會(huì)造成很多問題，而在引入人工智能算法后，可由AI取代人工復(fù)判，根據(jù)均豪的實(shí)踐，可以節(jié)省92%人工復(fù)判勞動(dòng)量。
李洪明展望稱，未來先進(jìn)封裝廠商工藝復(fù)雜度與產(chǎn)品精細(xì)度將數(shù)倍于今天，如何充分運(yùn)用人工智能監(jiān)控分析工藝過程，將是先進(jìn)封裝技術(shù)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素，也將會(huì)是君豪持續(xù)投入的領(lǐng)域。
作為封測(cè)廠商代表，鐘磊則指出，當(dāng)前前道晶圓制造廠在先進(jìn)封裝領(lǐng)域發(fā)力勢(shì)頭更猛，封測(cè)企業(yè)在這樣的形勢(shì)下，可以采用循序漸進(jìn)的思路發(fā)展先進(jìn)封裝能力，例如從扇出、多芯片扇出延伸到chiplet，走出一條切實(shí)可行的技術(shù)路線。
同為封測(cè)企業(yè)代表的劉宏鈞表示，晶方半導(dǎo)體與設(shè)備材料廠商有相當(dāng)密切的合作，也已取得一系列成果。展望未來，先進(jìn)封裝需要工程師或工藝設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑶昂蟮澜Y(jié)構(gòu)與材料上的know-how實(shí)現(xiàn)貫通，對(duì)工藝整合、工程能力和工具配套提出極高挑戰(zhàn)，需要封測(cè)企業(yè)與配套廠商進(jìn)一步協(xié)同應(yīng)對(duì)，海外廠商上下游幾十年的業(yè)務(wù)合作與人員流動(dòng)、信息交流，使設(shè)備廠商往往能快人一步捕捉趨勢(shì)，在先進(jìn)封裝領(lǐng)域提前布局，而國內(nèi)由于設(shè)備企業(yè)較為分散，使封測(cè)廠商工程整合、工藝貫通少了一些助力，反過來下游環(huán)節(jié)缺少世界級(jí)龍頭企業(yè)，也會(huì)使國內(nèi)的資源整合缺少推動(dòng)力。
不過劉宏鈞也指出，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界干事創(chuàng)業(yè)的巨大熱情，使其對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈整合充滿信心，先進(jìn)封裝領(lǐng)域，國內(nèi)終將探索出一條適合自身特點(diǎn)的發(fā)展道路。
結(jié)語
本期集微龍門陣活動(dòng)，為當(dāng)下圍繞先進(jìn)封裝的討論，帶來了不一樣的視角，與站在芯片設(shè)計(jì)角度的高蹈愿景不同，更接近先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)前沿的設(shè)備、封測(cè)廠商，對(duì)先進(jìn)封裝的機(jī)遇洞察更為審慎，對(duì)挑戰(zhàn)的認(rèn)識(shí)更為真切，產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)日拱一卒的實(shí)干與團(tuán)結(jié)，方能將瑰麗愿景逐步化作現(xiàn)實(shí)。
