全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，先進封裝在其中凸顯了什么價值？特色工藝起到了何種作用？在全球半導(dǎo)體供應(yīng)緊張的背景下，業(yè)界該如何攻克缺“芯”難題？在SEMICON China2021上，我們似乎嗅到了未來半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的兩個重要趨勢。
封裝重要性愈發(fā)凸顯
當(dāng)前，芯片制造工藝已經(jīng)達到了5nm節(jié)點，逐漸逼近物理極限。中國工程院院士、浙江大學(xué)微納電子學(xué)院院長吳漢明在SEMICON China2021演講中談道，在后摩爾定律時代，業(yè)界已經(jīng)不再單純地只以線寬、線距和集成度的尺寸來“論英雄”，而是更多地考慮如何提升系統(tǒng)的性能以及如何在整個微系統(tǒng)上提升集成度?；诖?，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中封裝環(huán)節(jié)的價值與重要性愈發(fā)凸顯。
智能手機、汽車電子、5G、AI等新興市場對封裝環(huán)節(jié)提出了更高要求，使得封裝技術(shù)朝著系統(tǒng)集成、三維、超細節(jié)距互連等方向發(fā)展，因此先進封裝就成為封裝領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢。其中，SIP系統(tǒng)級封裝是當(dāng)下最先進的一種主流封裝技術(shù)。據(jù)悉，該技術(shù)可將多顆不同功能的芯片整合到一個模塊當(dāng)中，以實現(xiàn)一顆芯片兼具多種功能。SIP系統(tǒng)級封裝既可以克服芯片系統(tǒng)集成過程中面臨的工藝兼容、信號混合、噪聲干擾和電磁干擾等問題，還可以降低芯片系統(tǒng)集成的成本，是未來先進封裝領(lǐng)域最重要的技術(shù)趨勢之一。
先進封裝的另一個發(fā)展路徑是晶圓級封裝。長電科技首席執(zhí)行長鄭力在接受記者采訪時表示，晶圓級封裝若要繼續(xù)向多維方向發(fā)展，比如2D、2.5D、3D方向，就必然會與晶圓廠進行合作。鄭力表示，這是因為晶圓廠具備在晶圓上進行TSV（硅通孔）工藝制造的能力。在硅轉(zhuǎn)接板時，晶圓廠也能做Silicon Interposer（硅中介層），即高密度布線的晶圓。而封測廠則要進行RDL（晶圓重布）的過程，之后再把布線在封測的層次上進行高密度重新整合。
鄭力向記者指出，晶圓廠在晶圓上的工藝更加先進，這一點對封裝測試領(lǐng)域向晶圓級封裝方向發(fā)展有非常大的幫助，因為晶圓廠擁有這方面的設(shè)備，也擅長這方面的工藝。“晶圓廠與封裝廠的配合，會加速晶圓級封裝向更加廣泛的應(yīng)用和更具深度的技術(shù)創(chuàng)新方向發(fā)展。我們非常愿意看到雙方有這樣的互動。”鄭力說道。
微型化和集成化也是先進封裝發(fā)展的兩大趨勢。佰維存儲智能終端存儲芯片事業(yè)部負責(zé)人劉陽認為，在存儲器封裝領(lǐng)域，超薄die（晶粒）與異構(gòu)集成工藝是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動能。當(dāng)前，先進封裝正在賦能萬物互聯(lián)，有望在射頻芯片、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動智能終端等多個領(lǐng)域大放異彩。
特色工藝擔(dān)當(dāng)大任
后摩爾定律時代，先進制程的研發(fā)陷入瓶頸。相對而言，特色工藝（如MEMS、射頻、高電壓和電源管理等）不完全追求器件尺寸的縮小，具備非尺寸依賴、工藝相對成熟等優(yōu)勢，是后摩爾定律時代提升芯片性能的“利器”。臺積電（南京）有限公司總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球曾這樣解釋特色工藝與芯片性能間的關(guān)系：“如果把芯片的功能比作意欲傳遞的信號，特色工藝就是傳遞信號的WiFi，所以只有不斷推進特殊工藝，才能更好地發(fā)揮芯片的性能。”
近年來，新興技術(shù)帶動的新興市場對特色工藝的需求量持續(xù)暴漲。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展和終端應(yīng)用的日益多樣化，市場對差異化工藝的需求也水漲船高。尤其對于智能卡、電源管理芯片和分立器件這些占絕對多數(shù)的半導(dǎo)體芯片種類而言，從制造成本、生產(chǎn)穩(wěn)定性和交付可靠性等方面來看，特色工藝是更優(yōu)的選擇。
正如吳漢明在會上所言，特色工藝在后摩爾定律時代大有可為。興業(yè)證券數(shù)據(jù)顯示，83%的市場在10nm以上節(jié)點的創(chuàng)新空間巨大?，F(xiàn)階段，國內(nèi)企業(yè)雖然在先進制程的研發(fā)方面不占優(yōu)勢，但特色工藝面向的廣闊市場同樣為國內(nèi)企業(yè)搭建了大展拳腳的舞臺。目前，中芯國際大力擴充在天津、深圳、寧波、紹興等地的8英寸產(chǎn)能，積極投身于特色工藝的研發(fā)中。此外，專注于差異化技術(shù)晶圓代工的華虹宏力也已建立了多個差異化的工藝平臺，包括嵌入式非易失性存儲器（eNVM）、功率分立器件（discrete）、模擬和電源管理IC、射頻（RF）等。
值得一提的是，碳化硅（SiC）大功率器件是特色工藝市場的一個重要爆發(fā)點，相關(guān)技術(shù)基本成熟，市場正處于快速起量的臨界點。作為功率半導(dǎo)體最大的下游市場，新能源汽車將為以碳化硅為代表的功率半導(dǎo)體提供強勁且可持續(xù)的發(fā)展動力。聞泰科技副總裁吳友文表示，近年來，在汽車電子化的大趨勢下，汽車功率半導(dǎo)體市場逐漸成為發(fā)展最快的應(yīng)用市場之一，動力系統(tǒng)電子化、車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和ADAS系統(tǒng)等已成為推動該市場蓬勃發(fā)展的核心因素。
隨著功率器件重要性的日益提高，功率模塊的新設(shè)計與技術(shù)就變得十分關(guān)鍵。然而，如瀚薪科技CEO李傳英所說，VMOS（V型槽MOS場效應(yīng)管）器件相比于UMOS（U型金屬氧化物半導(dǎo)體）器件的制程難度更大，非IDM廠商難以實現(xiàn)其二次外延生長的要求，導(dǎo)致目前沒有廠商能實現(xiàn)該產(chǎn)品的量產(chǎn)。
