中國芯片機會：突破封裝技術(shù) 打通芯片生產(chǎn)最后一公里
中國芯片機會：突破封裝技術(shù) 打通芯片生產(chǎn)最后一公里
來源:中青在線
6月21日消息，本月舉行的2021世界半導體大會暨南京國際半導體博覽會上，中國工程院院士、浙江大學微納電子學院院長吳漢明表示，后摩爾時代中國必須在芯片封裝技術(shù)方面尋求突破，尤其通過異構(gòu)集成電路（HeterogeneousintegrationCircuits）路徑，以趕上全球行業(yè)領(lǐng)先者。
吳漢明指出，隨著摩爾定律可能達到其物理極限的后摩爾時代下，截止今年，芯片性能的年增長率已從2002年的57%高點降至3%，發(fā)展速度慢下來了，創(chuàng)新空間和追趕機會大，這意味著封裝技術(shù)突破會給中國芯片產(chǎn)業(yè)更多的追趕機會。
具體來說，在2021世界半導體大會上，中國科學院院士、上海交通大學黨委常委、副校長毛軍發(fā)指出，“異構(gòu)（原話是異質(zhì)，但行業(yè)統(tǒng)一為異構(gòu)）集成電路”是中國芯片封裝產(chǎn)業(yè)可以保持行業(yè)領(lǐng)先地位的一個重要方法。
所謂異構(gòu)集成電路，就是在同一個3D系統(tǒng)級封裝(SiP)中，將不同工藝制造的硅和非硅器件集成到一個更高級別的系統(tǒng)。
毛軍發(fā)表示，“異構(gòu)集成電路是后摩爾定律時代芯片產(chǎn)業(yè)的新方向.......對中國來說，這也是一個轉(zhuǎn)折點，也是一個機遇。”
吳漢明則在演講中表示，“既然先進工藝很難走，用戶包括設(shè)計公司最關(guān)心的應(yīng)該是系統(tǒng)性能。通過異構(gòu)集成，國內(nèi)開始有公司用40nm的工藝的芯片性能可以和與16nm相媲美，通過比較成熟的工藝做出比較先進的系統(tǒng)，我覺得這代表未來的技術(shù)延伸、技術(shù)發(fā)展方向。”
與兩位院士觀點較為相似的還有英特爾。近日接受媒體采訪時，英特爾組件研究集團封裝系統(tǒng)研究總監(jiān)約翰娜·斯旺(JohannaSwan)表示，異構(gòu)集成電路是封裝技術(shù)的未來趨勢。
芯片生產(chǎn)最后一公里的核心步驟
芯片是在半導體材料上構(gòu)建的一個復雜的電路系統(tǒng)。因此，制造芯片是人類歷史上最為復雜的制造工藝。
一般來說，集成電路分成五大版塊——設(shè)計、制造、封測（封裝測試）、材料和裝備。
芯片封測位于產(chǎn)業(yè)鏈下游，是指通過測試的晶圓按照產(chǎn)品型號及功能需求加工得到獨立芯片的過程，是半導體生產(chǎn)的最后一公里。清華大學集成電路學院教授魏少軍曾將“芯片封測”比喻成書本印刷的裝訂步驟，其具有重要作用。
芯片封測包括封裝和測試。其中，芯片封裝環(huán)節(jié)為安裝半導體集成電路芯片用的外殼，是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁，為芯片的電信號和電源提供了一個著陸區(qū)，起到安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用。如果你拆開設(shè)備終端內(nèi)部芯片、閃存部分，就會看到表面上的黑色硬殼，這就是芯片封裝后的成果。
芯片封裝在電子供應(yīng)鏈中看似不起眼，卻一直在發(fā)揮關(guān)鍵作用。作為芯片生產(chǎn)最后一公里的核心步驟，如果沒有封裝環(huán)節(jié)，就無法保證可用性，芯片也就難以出貨銷售。
隨著半導體在不斷地在做小，尺寸已經(jīng)縮小到了納米量級，傳統(tǒng)的熱壓、焊接封裝芯片的技術(shù)方法已滿足不了需求。在消費類電子產(chǎn)品輕、小、短、薄化的市場發(fā)展趨勢下，輸出入腳數(shù)大幅增加，使得3D封裝、扇形封裝(FOWLP/PLP)、微間距焊線技術(shù)，以及系統(tǒng)封裝(SiP)等技術(shù)的發(fā)展成為延續(xù)摩爾定律的最佳選擇之一，半導體封測行業(yè)也在由傳統(tǒng)封測向先進封測技術(shù)過渡。
例如，通過名為SiP（SystemInaPackage、系統(tǒng)級封裝）的封裝工藝，蘋果的AirPodsPro可以將核心系統(tǒng)的體積大幅縮小，搭載各種復雜的傳感器和芯片，降低功耗；另外，蘋果最新發(fā)布的AirTag藍牙防丟器，通過先進封裝工藝，將蘋果U1UWB（超寬帶）收發(fā)器等數(shù)十個傳感器和芯片塞進硬幣大小里面，與CR2032紐扣電池結(jié)合，實現(xiàn)超過一年的續(xù)航表現(xiàn)。AirTag成為了蘋果史上最為創(chuàng)新的產(chǎn)品之一。
這說明，封裝不僅僅是制造過程的最后一步，它正在成為產(chǎn)品創(chuàng)新的催化劑。
后摩爾時代，芯片封裝技術(shù)需要突破
不止是英特爾，半導體行業(yè)人士均認為，異構(gòu)集成電路這一先進封裝技術(shù)路徑是后摩爾時代新的突破方向。
在2021世界半導體大會上，全球領(lǐng)先的集成電路制造和技術(shù)服務(wù)提供商“長電科技”首席執(zhí)行長鄭力在演講中指出，利用異構(gòu)集成電路這一技術(shù)路徑，先進封裝可以將集成電路組合成一個功能強大的半導體芯片，將有助于拓展摩爾定律。
“不光是AMD，臺積電也好，英特爾也好，國際頭部企業(yè)都在積極布局異構(gòu)集成，在半導體后道技術(shù)上發(fā)力實現(xiàn)一個是集成的問題，一個是高密度互連的問題，確實在業(yè)界后摩爾定律時代，大家用不同途徑繼續(xù)提升芯片集成度。”鄭力表示，先進封裝逐漸成為集成電路芯片成品制造產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵工藝技術(shù)之一。
事實上，中國芯片封裝業(yè)是整個半導體產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最早的，也是處于領(lǐng)先地位。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2004年至今，中國半導體封測行業(yè)一直保持高速發(fā)展，年復合增長率為15.8%。而2015年并購新加坡星科金朋的江蘇長電科技，規(guī)模已經(jīng)躋身世界第三。
不過，當前中國封裝企業(yè)大多以傳統(tǒng)封裝技術(shù)為主，先進封裝技術(shù)水平與國際領(lǐng)先水平仍有一定差距。盡管中國封測四強（長電、通富、華天、晶方）通過自主研發(fā)和兼并收購，快速積累先進封裝技術(shù)，但根據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，2018年中國先進封裝營收占了中國集成電路封測總營收的25%，遠低于全球41%的比例。
盡管如此，中國作為全球最大集成電路市場的地位不能被忽視。在2021世界半導體大會上，工業(yè)和信息化部電子信息司司長喬躍山表示，2020年中國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到8848億元，“十三五”期間年均增速近20%，為全球同期增速的4倍。同時，中國集成電路產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新與市場化上取得了顯著突破，設(shè)計工具、制造工藝、封裝技術(shù)、核心設(shè)備、關(guān)鍵材料等方面都有顯著提升。
毛軍發(fā)認為，中國要打破集成電路傳統(tǒng)“路”的思路，我們向場的演變，場的結(jié)合，進行多學科交*，包括電子科學與技術(shù)、物理學特別是人工智能對電路的設(shè)計，需要力學、化學、材料等等多學科交*開展研究。
