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先进封装“换道超车”,产业链协同正当时

来源:爱集微

#龙门阵#

#先进封装#

06-13 10:58

集微网消息,6月9日,集微龙门阵第十九期直播 —“先进封装大潮下,半导体供应链如何变革?”以线上形式召开。据爱集微统计,本场活动全网在线累计观看人数:58851。

本次活动邀请到的嘉宾包括均豪精密业务中心副总经理李洪明、苏州晶方半导体科技股份有限公司副总裁刘宏钧、甬矽电子(宁波)股份有限公司研发总监钟磊,活动主持为集微咨询咨询业务总监陈跃楠。

开场致辞中陈跃楠表示,随着后摩尔时代的到来,先进制程逐渐逼近物理极限,产业界开始将目光投向封装环节,先进封装技术成为产业热点,本次活动特邀封测产业链不同环节企业家与会,意在呈现多维度的技术与产业趋势洞察。

芯片技术新蓝海

随着集成电路先进制程不断接近物理极限和商业合理性“极限”,封装领域日益被视为有望在系统层面延续摩尔定律的技术“蓝海”,包括前道晶圆厂在内的各路巨头,纷纷在先进封装领域加大投入力度,摸索技术与商业可行性,也带动先进封装技术取得日新月异的发展。

那么,相较于传统技术,先进封装有哪些优势?对于半导体产业未来在应用、技术等方面又会有怎样的推动作用?

与会嘉宾,首先为观众梳理了先进封装的发展脉络。

知名设备厂商均豪精密工业股份有限公司副总经理李洪明谈到,早期封装大致是一个管壳内包含一颗单一功能的晶片,随着终端应用功能的不断提高,单一芯片业逐渐发展为系统级芯片(SoC),功能越来越强大。

不过对许多应用需求,SoC化不见得是最优实现方式,因为其设计颇为耗费工程资源与开发周期,也难以统筹各功能模块最优工艺和材料,如模拟、射频芯片,可能28乃至65纳米就已经是最佳节点。

李洪明表示,除了SoC以外,另一个解决方式就是把数颗芯片整合在一个封装内,也就是所谓系统级封装(SiP),SiP内的互连需求,催生了TSV等技术发展。总体看,以chiplet为代表的先进封装技术,有望使芯片设计如同搭积木,利用不同材料、工艺节点、功能的die形式“硬IP”整合为完整芯片,实现最大功效,如物联网可穿戴设备等领域,由于对产品功耗、成本和体积的严苛要求,2.5D封装等先进技术有广阔应用前景,此外,手机或车载解决方案、高性能计算等领域,同样适合于先进封装技术发挥价值。

李洪明特别提到,本次与会的晶方半导体,其微型化图像传感器模块,依托其晶圆级封装实力,将CMOS与DSP通过TSV实现了3D堆叠,就是充分发挥先进封装技术优势的一个非常好范例。

晶方副总裁刘宏钧则表示,先进封装与传统封装相比,首先在技术上随着互连方式的变化,工艺与前道环节有更多重叠,其次在产品形态上,TSV、微凸点、RDL等技术为裸片在垂直方向堆叠设计提供了可行手段,互联长度的缩短带来延时、功耗、集成度方面一系列直接价值,同时也赋予芯片设计的全新空间。

刘宏钧展望称,随着chiplet热潮兴起,先进封装技术未来十年还将会有一系列新的演化,未来产业前景广阔。

甬矽电子研发总监钟磊则为本次线上沙龙精心准备了演示文档,他指出,先进封装技术发展有这样两大驱动因素,一是前道环节先进制程迫近物理极限,发展放缓,二是高性能芯片研发量产所需成本指数级上升,迫使产业界寻找其他解决方案。

从技术趋势看,先进封装的关键尺寸(TSV直径、凸点节距等)正不断缩小,RDL层次结构日益复杂,die与die互连也从平面向3D,从有源异构向有/无源异质集成演进,并涌现出EMIB、FOVEROS、CoWoS等特色技术方案。

钟磊指出,目前chiplet是一个尤其热门的领域,为芯片设计带来架构和工艺上的更少约束,开发周期与成本有效压缩,不同功能die可分别以最优制程、最优厂商制造,大大缓解了大芯片制造中的良率挑战。

封测产业新机遇

嘉宾们谈到的chiplet(芯粒)正是当下先进封装领域最热门的概念,不同来源、不同功能die像乐高积木一样组合,对产业而言又能带来怎样的发展机遇?

围绕异构集成时代,先进封装发展的动力和未来趋势、潜力市场,几位嘉宾发表了各自的洞察。

李洪明先生表示,应用端需求,如可穿戴设备、车载系统、AI人工智能、高性能计算、物联网等,正带动整个芯片产业及至封装技术发展,推动对体积极小化、功能极大化的先进封装技术探索。

对先进封装技术发展,李洪明先生总结了三大趋势:

第一,封装尺寸缩小,芯片尺寸封装(CSP)将是必然的方向,这既有终端应用需求牵引,也是基于制造效率因素,晶圆级封装较之传统封装流程,在圆片上就基本完成测试封装,再进行划片,实际上简化了测试、切割、挑选的流程,符合成本效益。

第二,芯片功能密度提高,也就是一颗芯片所需要具备的功能不断增加,甚至可能将异质的被动元件也加以整合,如MEMS、光学传感、化学乃至生物芯片,从封装角度看,SiP的极致就是异质功能模块的结合。

第三,互连密度提高,不同功能die的整合,也对I/O提出更高需求,无论是扇出还是RDL,线宽间距等关键尺寸也需要不断缩小,2.5D/3D堆叠的TSV互连,密度也将不断增加。

除此之外,李洪明谈到,时下热门的chiplet概念中,有一项关键技术即不同die之间的互连标准化,UCIe、OpenHBI、BoW等若能发展为通用标准,将有助于异构集成的进一步产业化。

钟磊则指出,chiplet代表的异构集成潮流,在高性能计算和人工智能领域应用前景广阔,主要是由于相关应用场景对运算处理或体积功耗的市场需求驱动,先进制程芯片研制难度攀升也带来技术上另辟蹊径的需求,先进封装是未来多样化算力需求与技术可用性之间的极佳平衡点,同时,高性能计算等领域对成本相对更为宽容,也适合于较传统封装更昂贵的先进封装技术早期落地应用。

刘宏钧认为,大算力芯片会是chiplet规模应用最具确定性的市场,数字经济发展对算力要求越来越高,未来甚至可能出现以最先进制程、最大光刻曝光面积,都无法完成版图中的所有晶体管制备,只能用先进封装技术实现算力die的拼接。

此外,除了做“大”,芯片做“小”也是先进封装的用武之地,刘宏钧指出,以移动设备为例,为了跟上用户需求,存储和电池体积刚性增长,逻辑、射频等功能元器件集成度必须进一步提高,先进封装异构集成将是必由之路。

刘宏钧还提示,新冠疫情带来生物传感的爆发式增长,现场检测、生物识别等需求会催生出非常多样而奇妙的产品,也需要先进封装技术完成微流控等各类芯片异构集成。

不过刘宏钧也强调,发展先进封装技术,产业链也面临挑战,封测企业与设备厂商必须密切协同,共生共赢,人才资源不足的现象,也亟待高校、企业乃至行业机构能够携手破解。

产业链协同成共识

先进封装技术的演进,在前道制造与后道封装之间,催生出一个逐渐清晰的“中道”工艺体系与商业生态,这将不可避免将对产业链带来深远影响,甚至引发产业生态的重构,对不同环节厂商而言带来了各异的机遇与挑战,与会嘉宾尽管站位不同,但均强调了产业链协同的关键意义。

作为设备厂商代表,李洪明先生表示,先进封装的确在推动整个供应链重构,均豪精密也把握趋势,积极投身先进封装解决方案研发,例如检测RDL线路缺陷所需的设备,以及晶圆级封装所需的玻璃载板AOI检测仪。

随着先进封装技术发展,RDL不但关键尺寸不断微缩,绝缘层、再布线层结构也日益复杂,均豪的检测设备可提供有效解决方案,并正在向3D结构检测演进;对于玻璃载板这样的耗材,如果能够实现重复使用,封测厂效益会有很大提升,均豪AOI检测仪能够实现对玻璃载板缺陷检查,最大化提升利用率,此外在制程设备上,均豪还推出了面向晶圆减薄工序的高精度平面研磨设备,采用创新技术,可大幅节约生产成本、提升制程品质和良率。

先进封装发展非常需要整个产业链的协同配合,均豪也正以越来越大的研发投入,以期为行业发展贡献一份心力。

当下,人工智能技术在晶圆制造过程中的应用备受关注,在封测领域,李洪明先生也十分看好其应用潜力,AI/ML在工艺过程控制反馈上有望扮演重要角色,例如芯片缺陷检测,传统AOI光学检测设备对人工复判还有相当大依赖,造成人工负担较重,不同检验员主观判断不一致,也会造成很多问题,而在引入人工智能算法后,可由AI取代人工复判,根据均豪的实践,可以节省92%人工复判劳动量。

李洪明展望称,未来先进封装厂商工艺复杂度与产品精细度将数倍于今天,如何充分运用人工智能监控分析工艺过程,将是先进封装技术持续发展的一个关键因素,也将会是君豪持续投入的领域。

作为封测厂商代表,钟磊则指出,当前前道晶圆制造厂在先进封装领域发力势头更猛,封测企业在这样的形势下,可以采用循序渐进的思路发展先进封装能力,例如从扇出、多芯片扇出延伸到chiplet,走出一条切实可行的技术路线。

同为封测企业代表的刘宏钧表示,晶方半导体与设备材料厂商有相当密切的合作,也已取得一系列成果。展望未来,先进封装需要工程师或工艺设计人员能够将前后道结构与材料上的know-how实现贯通,对工艺整合、工程能力和工具配套提出极高挑战,需要封测企业与配套厂商进一步协同应对,海外厂商上下游几十年的业务合作与人员流动、信息交流,使设备厂商往往能快人一步捕捉趋势,在先进封装领域提前布局,而国内由于设备企业较为分散,使封测厂商工程整合、工艺贯通少了一些助力,反过来下游环节缺少世界级龙头企业,也会使国内的资源整合缺少推动力。

不过刘宏钧也指出,国内产业界干事创业的巨大热情,使其对产业链整合充满信心,先进封装领域,国内终将探索出一条适合自身特点的发展道路。

结语

本期集微龙门阵活动,为当下围绕先进封装的讨论,带来了不一样的视角,与站在芯片设计角度的高蹈愿景不同,更接近先进封装业务前沿的设备、封测厂商,对先进封装的机遇洞察更为审慎,对挑战的认识更为真切,产业链上企业日拱一卒的实干与团结,方能将瑰丽愿景逐步化作现实。


责编: 朱秩磊

李沛

作者

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邮箱:lipei@lunion.com.cn

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