光刻机之外,先进封装技术从未如此重要

封装技术从未如此重要过 。 在今年 , 先进封装技术已成为了各大晶圆厂、封测厂商甚至一些Fabless的重点投入领域 。
9月 , 联电与封测厂商颀邦相互交换股权;在8月的HotChips行业热点大会上 , 台积电副总经理余振华公布了CoWoS(ChiponWaferonSubstrate)封装技术的路线图 , 以及先进热处理和COUPE异构集成技术;7月 , 英特尔公布了未来制程工艺和封装技术路线图 , 将继续推动Foveros3D堆叠封装技术与EMIB(嵌入式多管芯互连桥)封装技术的应用;封测龙头日月光则在6月宣布将投入20亿美元用于提高其晶圆封装业务 。
半导体产业链上下游厂商已把封装技术提到更加重要的位置 , 其原因就是先进封装实际上已成为超越摩尔定律的关键赛道 。 摩尔定律 , 戈登·摩尔根据自己的经验在半导体领域做的一个预言:“在最小成本的前提下 , 集成电路所含有的元件数量大约每年便能增加一倍 。 (Thecomplexityforminimumcomponentcostshasincreasedatarateofroughlyafactoroftwoperyear)
摩尔定律作为半导体迅猛发展的重要推动力 , 从诞生开始就遭到人们的质疑——是不是再过多少年摩尔定律就要失效了?为此有人还打趣道:“预测摩尔定律要死掉的人数 , 每两年翻一番 。 ”
光刻机之外,先进封装技术从未如此重要
文章图片
戈登·摩尔
如今据摩尔定律的提出已过去了56年 , 要想在拇指大小的芯片上做出更多的晶体管与更小的制程 , 变得越来越困难 。 维持摩尔定律变得越来越困难的原因在于人类遇到了两个难题:一个是成本问题 , 全球有足够实力尝试7nm及以下制程的芯片制造商也只有台积电、三星、英特尔三家 , 因为仅仅制造一座先进制程的晶圆厂就需数百亿美元 , 这还不算日后运营维护和技术研发 。
第二个则是技术上的难题 , 随着芯片尺寸的微缩 , 短道沟效应导致的漏电、发热和功耗严重问题一直困扰着芯片制程的继续微缩 。 当材料逼近1nm的物理极限时 , 量子隧穿效应导致有一定的电子可以跨过势垒 , 从而漏电 , 这个问题对于人类来说暂时是无解的 , 因为物理理论还没有搞清楚这个现象 。 霍金从物理角度上对其做过一个总结 , 光的有限速度和材料的原子特性 。
虽然摩尔定律到现在仍在艰难维持 , 但产业界也确实意识到了制程不会无限缩小下去 , 晶体管也不可能无限增加下去 , 可要知道的是 , 摩尔定律首先是一条经济上的定律 , 然后才是工程科学方面的定律 。 因为降低特征尺寸能降低芯片制造的整体成本 , 所以业界才会不断追逐摩尔定律 , 其背后的逻辑是:半导体行业需要以一个合适的速度增长来降低成本提高利润 。
光刻机之外,先进封装技术从未如此重要】这个时候MorethanMoore(MTM , 超越摩尔定律)——摩尔定律之上的成长动能也因此被广泛提出 , 产业界试图从更多的途径来维护摩尔定律的发展趋势 , 而先进封装技术已成为超越摩尔定律的关键赛道 。
光刻机之外,先进封装技术从未如此重要
文章图片
国内封测技术专家于大全曾表示 , 无论是延续摩尔定律 , 还是超越摩尔定律 , 都离不开先进封装技术 , “先进封装将是撬动半导体产业继续向前的重要杠杆 。 ”先进封装到底是什么呢?为何它能作为为摩尔定律续命的关键技术出现?
封装(Package) , 是把集成电路装配为芯片最终产品的过程 , 简单地说 , 就是把铸造厂生产出来的集成电路裸片(Die)放在一块起到承载作用的基板上 , 把管脚引出来 , 然后固定包装成为一个整体 。 它主要要三个作用:通过特殊材料保护脆弱的芯片、将芯片电子功能部分与外界互连以及物理尺度兼容 。