光刻机之外,先进封装技术从未如此重要( 二 )


近年来 , 先进封装市场也确实在迅速发展 。 据知名分析机构YoleDeveloppement的预测 , 先进封装市场预计将在2019-2025年间以6.6%的复合年增长率增长 , 到2025年将达到420亿美元 , 远高于对传统封装市场的预期 。
光刻机之外,先进封装技术从未如此重要
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来源:YoleDeveloppement
先进封装其实是相对传统封装而言的 。 在业界 , 先进封装技术与传统封装技术通常以是否焊线来区分 。 传统的封装技术通常指先将晶圆切割成单个芯片 , 再进行封装的工艺形式 , 其包括双排直立式封装DIP与球格阵列封装BGA , 需要焊接线路 。 先进封装则包括倒装(FlipChip)、凸块(Bumping)、晶圆级封装(Waferlevelpackage)、2.5D封装(interposer , RDL等)、3D封装(TSV)等封装技术 , 其技术并不需要用到线路焊接的方式 。
抛开这些复杂的封装术语 , 产业界将先进封装技术提升到与制程微缩同等重要的原因 , 在于它能进一步提高芯片的集成度并且降低芯片制造的成本 , 并且 , 与继续追逐先进制程不同 , 它暂时还不涉及到去突破量子隧穿效应等物理极限问题 , 没有了这些难啃的硬骨头 , 先进封装技术看起来有良好的发展前景 。
光刻机之外,先进封装技术从未如此重要
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那么先进封装具体是通过怎样的技术原理来实现超越摩尔的呢?这就不得不chiplet技术的发明 , chiplet也被称为小芯片 , 它是系统级芯片(SoC)中IP模块的芯片化 , 通过chiplet技术可以提高良率和降低成本 , 同时提高设计的灵活度 , 缩短设计周期 。
简单来说 , 可以把chiplet技术想象成为一块乐高积木 , 多个chiplet模块可以拼接成一个系统级芯片(SoC) , 而在过去 , 一个系统级芯片(SoC)是不能再次切割的 。 这样做的好处在于 , 一块完整的晶圆可以被分成更多的chiplet , 这意味着同样良率情况下更低的成本消耗 , 例如在一片晶圆切割封装时出现了一个点的损伤部位 , 直接做成一个系统级芯片(SoC)能切成10块 , 假如做成chiplet是100块 , 那么这块晶圆做成系统级芯片(SoC)的良品率为90% , 而做成chiplet的良品率可以达到99% 。
chiplet技术也为异质异构的芯片制造提供了可能 , 这种模块化的小芯片可以实现不同架构、不同材质、不同工艺节点甚至不同代工厂生产的产品集成到一块芯片上 , 由此快速产生出一个适应不同功能需求的超级芯片 。
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除了chiplet技术以外 , 3D晶圆级封装也是近年来产业界先进封装技术的发展方向 。 3D晶圆级封装是指在不改变封装体尺寸的前提下 , 在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术 , 相较于传统的2D电路的平面集成方式 , 它的集成度要更高 , 同等空间内可以集成更多芯片 。 当3D晶圆级封装与chiplet技术相结合 , 还可以实现不同IP之间的3D堆叠 , 从而大大降低了封装成本以及能耗 。
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如今 , 台积电、英特尔、AMD、日月光等主要芯片设计、制造、封装厂商都逐渐在其产品中应用到了上述先进封装技术 , 国内封装龙头长电科技也在今年7月推出了XDFOI高密度扇出型封装技术 , 先进封装所扮演的角色无疑是愈加重要了 。
对国内的芯片企业而言 , 先进封装或许是现下适合长期投入的优质赛道 , 毕竟短期内国内企业还无法通过自研或是进口来获取EUV光刻机 。 虽然 , 现在我们处于光刻来驱动尺寸微缩的时代 , 但未来驱动芯片行业继续往前走的可能是设计与工艺协同优化 , 以及系统与工艺协同优化的阶段 。 那么 , 先进封装或是下一次芯片产业洗牌的开端 , 中国的自主高端芯片的机会也必蕴含其中 。