先进封装能否接棒摩尔定律,行业大咖共论封测产业发展

来源:爱集微 #封测年会# #华越半导体#
3.2w

经过近年来的产业快速发展,目前中国集成电路产业的主要特征已经从“加工”为主全面转向为以“创新”为主;随着摩尔定律发展至今遇到瓶颈,芯片特征尺寸已接近物理极限,面对“后摩尔时代”的产业技术发展演变,以“三维混合键合”技术为标志的产业技术创新已经成为业内共识,先进封装成为延续摩尔定律的重要途径。

对于中国半导体产业而言,先进封装时代应如何发展?在第十九届中国半导体封装测试技术与市场年会(CSPT 2021)上,来自封测产业链的行业组织、科研院所的专家学者以及各大企业相关负责人,在首日高峰论坛中分享了精彩观点:

中国半导体行业协会常务副理事长、秘书长张立在致辞中表示,我国封测业经过多年积累,已具备较强国际竞争力。

他提到,在国家多项政策的支持下,我国集成电路产业实现了快速发展,技术产品实现多点突破,企业实力显著增强,产业链各环节得到了提升。据中国半导体行业协会2012年至2020年,国家国内集成电路产业销售额年均复合增长率近20%,是同期全球产业增速的4倍。

在产业政策大力支持和强劲的需求拉动下,我国半导体产业仍保持了良好的增长势头。根据中国半导体行业协会统计,2021年中国集成电路产业销售额为10458.3亿元,同比增长18.2%。其中,设计业销售额为4519亿元,同比增长19.6%;制造业销售额为3176.3亿元,同比增长24.1%;封装测试业销售额2763亿元,同比增长10.1%。

张立提到,封测是集成电路产业链的重要一环,是实现芯片功能的重要工序。我国封测业经过多年的积累,已具备较强的国际竞争力,长电、通富、华天三家稳居全球前10,是目前集成电路产业链中我国与国际先进水平差距最小的环节,希望与会行业专家、学者、以及产业链上下游的企业,利用这次会议积极交流经验,碰撞思想。也希望与会的各位嘉宾企业一起同心聚力,共同为推动我国集成电路产业的发展献策献力。

清华大学教授,国际欧亚科学院院士、中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军致辞中表示,以三维混合键合技术为代表的微纳系统集成将是延续摩尔定律的主要手段。

封测业从原来三业中的第一名慢慢成为现在最后一位,虽然也稳步前进,但占比缩小到26.4%。

魏少军认为,三业比例的调整,昭示了中国半导体产业正处于从代加工转向创新为主要特点的重要战略转折点,整个行业应该感到欣喜。其次,封测业的进步虽然相比之下不是那么明显,但它的发展昭示了整个半导体产业的未来。

“我们知道摩尔定律已经走到5nm,很快3nm也会进入量产,2nm也已经开始研发,相信在未来的十年当中,以今天的CMOS技术为基础的摩尔定律大概率就会走到尽头。”魏少军解释,“因此工业界一定会寻找一种新的技术发展方向,以三维混合键合技术为代表的微纳系统集成,将是未来半导体延续摩尔定律的主要手段。”

魏少军强调,“我们看到台积电不仅做前道,它的后道也很强,中芯国际也在从事这方面的努力,因此在未来,前道后道工序的结合,甚至在前道工序当中嵌入后道、后道当中集成入前道,已经成为一种大趋势。”

在此趋势下,对国内的封测业、设计业和制造业也提出了全新的挑战。“我们的设计要真正能够支撑摩尔定律前进,特别是充分把摩尔定律发挥到极致,就不可能不去考虑封测业因素,也不能不考虑制造。”

因此魏少军认为,未来设计、制造、封测三业不可能再像以往一样泾渭分明,而是要紧密结合在一起,通过三业有机的交叉融合,才能真正使我们产业的技术得到进一步的提升。

中国集成电路创新联盟秘书长、中国半导体行业协会集成电路分会理事长叶甜春对我国封测产业发展现状给予了高度评价,指出封测领域基本不存在受制于人的问题,在自主可控发展上表现突出,已经形成了一个非常有机的自主可控的供应链。

叶甜春认为,能有这样的局面,除了国家重大专项支持,更多的还是由于各个企业及研究院高校的共同努力。他列举了长电科技、通富微电、华天科技、深南电路等龙头企业,指出这些企业已在国际上开始形成影响力,对国内产业链支撑带动作用也非常显著。

围绕本次大会“创新引领,协作共赢”的主题,叶甜春提出了四点面向未来的希望和建议:

第一,提高封测产业链战略地位;第二,坚持自主创新,不要停步;第三,全球合作要“以我为主”;最后,叶甜春寄语企业,加强知识产权保护,同时在技术标准上做更多工作。

中国工程院院士吴汉明则倡议,需有一条中试线使得交叉学科开花结果,真正实现科研成果产业化。

吴汉明指出摩尔定律走到现在已开始放缓,具体体现在晶体管密度不能按照以往两年增加一倍的节奏发展;从成本上来看,在28nm以前每两年成本就有所下降,但是再往下走成本下降趋缓;另外技术、性能上的提升也变得趋缓。

吴汉明认为在集成电路领域,制造是我国发展的一个软肋。当谈到芯片制造工艺技术层面上的挑战时,吴汉明表示,基础挑战在于精密图形;核心挑战在于新材料;终极挑战则是良率的提升。

接下来,吴汉明探讨了芯片制造技术成果转化,他指出转化的核心是演示生产可行性,也就是中试环节验证。

据吴汉明介绍,本世纪集成电路器件的四大产教融合成果转化为三维器件(FinFET)、高介电常数和金属栅(HKMG)、应变硅(Strained Si)以及源漏提升(Raised S/D)。实验室的成果通过Pilot-line实现产业的成果转化。基于此,吴汉明认为必须有一条Pilot-line使得交叉学科开花结果,真正实现产业化。

中国半导体协会封装分会当值理事长,长电科技董事兼首席执行长郑力,也作为大会承办方企业致欢迎辞,并发表了题为《中国半导体封测产业现状与展望》的主旨演讲。

郑力认为,伴随着半导体市场的高速发展,近年来,中国芯片成品制造行业也取得长足进步和迅猛的发展。伴随5G通信、汽车电子,人工智能、高性能计算等新技术的蓬勃发展及其对集成电路产品与技术的需求增长,将迎来集成电路产业新一阶段的飞速发展。 郑力同时表示:“先进封装,或者说芯片产品制造,可能成为后摩尔时代的重要颠覆性技术之一,特别是后道成本制造在产业链中的地位愈发重要,有望成为集成电路产业的新的制高点。” 郑力指出,芯片成品制造将深刻地改变集成电路产业链形态,并驱动包括芯片设计、晶圆制造、装备、材料等产业链上下游共同发生革命性变化,全产业链更紧密的协同发展已呼之欲出。以本次封测年会为契机,希望能更有力地促进行业生态圈参与者对于如何协同发展的探索,为整个集成电路产业的未来发展创造更为有利的局面。最后,郑力对加强产业协同,共建和谐产业链发展提出关键倡议“合作、人才、创新”,应不断加强国内外、上下游产业链、企业间的多样协作和紧密合作,建立更加完善的行业人才、行业企业家人才培养机制;同时,应进一步地建立和完善对技术创新、知识产权保护相关机制,充分发挥龙头企业的引领作用。

展锐公司VP尹红成,则发表了主题为《用先进封装开发平台构建芯片竞争力》的演讲。

尹红成先介绍了后摩尔时代终端SoC芯片及封装发展趋势,指出终端SoC向着更高的集成度、更高的性能及速率发展,而封装技术也在同步演进中,从传统的FCCSP到HBPoP封装形态。先进的封装技术将整体封装面积缩小,采用背贴电容可以提高CPU性能,此外,更短的信号路径和更小的loading也提高了DDR的速率。

他表示,随着集成度越来越高,封装技术也在不断演进。为了降低成本、减小尺寸、提升性能,封装在不断朝合封方向演进。

尹红成介绍了展锐的先进封装设计开发平台,展锐构建了全面完整的封装设计、电磁力热、工程工艺开发平台。他指出,设计与制造要深度融合。设计人员要能够深刻理解工艺,工艺开发人员要懂设备,包括设备的精度和制造能力,此外,设计方案要做到整合和简化工艺,从而提高质量、降低成本。在制造工艺越来越有挑战的情况下,设计要给制造留出足够的Margin。

最后,尹红成总结道,整个封装生态链在高速发展,尤其随着国际形势的变化,国内产业整体都在蓬勃发展,这是一个很好的契机。完整丰富的封装生态链是半导体产业高速发展的驱动力。

另一重要封测企业—通富微电子股份有限公司技术行销副总王鹏发表了题为《后摩尔时代封装创新趋势分析》的演讲,其表示,基于硅桥(Si Bridge)的2.X D技术将会是封装企业的主流发展方向。

据王鹏介绍,目前大批量主流生产的先进封装包括FCMCM(Flip Chip Multi Chip Modules,覆晶多芯片组件)、FOMCM(Fan-Out Multi Chip Modules,扇出型多芯片组件)、EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge,嵌入式多芯片互联桥接)以及基于硅中介层的传统2.5D封装。

而在更高端的小批量生产的技术领域,3D封装在传统2.5D封装的基础上增加了垂直面的封装,目前被应用于最尖端的产品。另外,还有一种基于硅桥的2.X D封装,与3D封装通过TSV实现垂直互联不同,2.X D封装将不同裸片通过基板上的硅桥连接在一起,虽然密度可能低于3D封装,但具有成本优势。

王鹏表示,虽然目前在涨价潮下,下游厂商对价格的忍耐度较高,但从长期驱动力来看,2.X D封装将会是市场上具有强竞争力的封装产品。而对于封装厂来说,2.X D封装最大的不同在于对硅的依赖度低,在此基础上就可做基础的深度开发工作,与客户产品做高度绑定,因此将会是一个主流的发展方向。

据其介绍,在后摩尔时代,通富微电提出了名为ViSionS的total solution,融合先进封装技术,围绕HPC、存储器、SiP三个方向进行布局。其中2.5D技术已于2021年成功开发,实现样品制作,目前正在配合客户做进一步产品认证和量产规划,预计2022年下半年到2023年,一些客户会逐渐进入2.5D封装量产阶段。

来自上游设备领域的北方华创微电子装备有限公司营销副总裁李谦,则发表了题为《3D IC设备工艺解决方案》的演讲。

李谦首先回顾了2.5D/3D先进封装产业发展历程,指出尽管其出现已有超过10年时间,但受制于成本等因素,应用普及并不迅速,不过随着近几年摩尔定律的持续演进,先进封装的潜力开始得到业内重视。

随后,他分享了北方华创对2.5D/3D先进封装产业的洞察与实践。

李谦指出,在摩尔定律减速的情况下,实现芯片性能功耗尺寸持续迭代的另一条路径,即先进封装得到更大的重视,目前后通孔、中通孔工艺已经在HBM、MEMS传感器、CIS芯片等堆叠结构产品上开始大量应用,2.5D封装的逻辑产品开始小批量生产。

随着先进封装技术发展,3D堆叠核心技术—硅通孔TSV工艺也在不断发展,通孔尺寸向亚微米演进,对先进封装设备提出了更高的要求,向前道制程设备靠近,北方华创由于主营业务领域横跨前道制程和先进封装,可精准应对当下市场演进趋势。

和研科技总经理余胡平,则在会上分享了该公司高端封装划片设备的最新进展。

余胡平表示针对IC封测领域中对封装器件的需求量日益在增加,从而对设备提出更高集成度和更高自动化程度的需求,由原先的贴膜,划片,清洗,UV,脱膜,形成对全自动划片分选检测一体机的产品应用。

国内封测企业相继开始评估使用全自动切割分选一体机作为生产环节的主要制程。和研推出的产品可以极大的减少加工环节,提高加工效率。

此外,针对我国半导体技术与装备总体水平不高,国内划片机存在精度和稳定性要求略低,生产效率和性能低下,导致IC封装阶段晶圆分割存在效率低下、废品率高,所用中高端切割设备几乎全部依赖进口等问题,和研也已研发12英寸高精度全自动晶圆划片机,减少国外对中国半导体行业持续技术封锁带来的不良影响,提高我国半导体产业国际竞争力。

当天会议中,中国科学院微电子研究所系统封装与集成研发中心主任王启东博士还发表了《面向芯粒集成的先进封装技术》的演讲,从学者的视角,系统梳理总结了芯粒(Chiplet)技术演进趋势。

王启东指出,由于当前我国在先进的工艺节点发展仍然受到了一定的限制,因此芯粒技术有助于打破封锁,利用常规IC工艺实现先进的性能。

除了我国企业外,王启东还分析了相关方向海外主要倡导者们的动机,他指出,赛灵思等领先FPGA厂商,试图通过芯粒技术扩大芯片等效面积,以布置更多门阵列;AMD、英特尔等CPU巨头,则期望芯粒技术带来降低成本、敏捷开发的好处,有效利用其丰富的元件库储备。

DARPA等国防机构,则着眼于芯粒技术得以使小批量军用产品利用商用货架技术,缩短开发周期,分摊研发成本。

在上述各方合力推动下,芯粒技术目前已发展至新的阶段,需要解决协同设计工具、制造材料工艺和互联标准等几大挑战。

最后,王启东还简要介绍了中科院微电子研究所在芯粒等先进封装技术上所做的工作,特别是该所成立的华进半导体,这一以先进封装系统集成技术研究与开发为主的企业化独立运营的国家级研发平台,在部分领域已引领国际产业技术发展。(校对/乐川)

责编: 朱秩磊
来源:爱集微 #封测年会# #华越半导体#
THE END

*此内容为集微网原创,著作权归集微网所有,爱集微,爱原创

关闭
加载

PDF 加载中...