摩爾定律的延伸受到物理極限、巨額資金投入等多重壓力，迫切需要?jiǎng)e開蹊徑延續(xù)工藝進(jìn)步。而通過先進(jìn)封裝集成技術(shù)，可以更輕松地實(shí)現(xiàn)高密度集成、體積微型化和更低的成本。封裝行業(yè)將在集成電路整體系統(tǒng)整合中扮演更重要的角色，也將對產(chǎn)業(yè)的格局形成更多影響。隨著先進(jìn)封裝的推進(jìn)，集成電路產(chǎn)業(yè)將展現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢，有先進(jìn)封裝的集成電路產(chǎn)業(yè)樣貎將會(huì)有所不同。
先進(jìn)封裝增速遠(yuǎn)超傳統(tǒng)封裝
當(dāng)前社會(huì)正處于新技術(shù)與新應(yīng)用全面爆發(fā)的背景下，移動(dòng)設(shè)備、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G通信、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、智能工業(yè)等快速發(fā)展。這些技術(shù)與應(yīng)用必將對底層芯片技術(shù)產(chǎn)生新的需求。據(jù)麥姆斯咨詢的介紹，支持這些新興大趨勢的電子硬件需要高計(jì)算能力、高速度、更多帶寬、低延遲、低功耗、更多功能、更多內(nèi)存、系統(tǒng)級(jí)集成、更精密的傳感器，以及最重要的低成本。這些新興趨勢將為各種封裝平臺(tái)創(chuàng)造商機(jī)，而先進(jìn)封裝技術(shù)是滿足各種性能要求和復(fù)雜異構(gòu)集成需求的理想選擇。
目前來看，扇出型封裝(FOWLP/)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)、3D封裝是最受關(guān)注的三種先進(jìn)封裝技術(shù)。扇出型封裝是晶圓級(jí)封裝中的一種，相對于傳統(tǒng)封裝具有不需要引線框、基板等介質(zhì)的特點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)更輕薄短小的封裝。根據(jù)IC Insight預(yù)計(jì)，在未來數(shù)年之內(nèi)，利用扇出型封裝技術(shù)生產(chǎn)的芯片，每年將以32%的增長率持續(xù)擴(kuò)大，2023年扇出型封裝市場規(guī)模將超過55億美元。
系統(tǒng)級(jí)封裝可以將一個(gè)或多個(gè)IC芯片及被動(dòng)元件整合在一個(gè)模塊中，從而實(shí)現(xiàn)具有完整功能的電路集成，它也可以降低成本，縮短上市時(shí)間，同時(shí)克服了SoC中諸如工藝兼容、信號(hào)混合、噪聲干擾、電磁干擾等難題。
3D封裝通過晶圓級(jí)互連技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間的高密度封裝，可以有效滿足高功能芯片超輕、超薄、高性能、低功耗及低成本的需求，被大多半導(dǎo)體廠商認(rèn)為是最具有潛力的封裝方法。
總之，在市場需求的帶動(dòng)下，越來越多先進(jìn)封裝技術(shù)被開發(fā)出來，先進(jìn)封裝的市場占比將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，從2017年到2023年，整個(gè)半導(dǎo)體封裝市場的營收將以5.2%的年復(fù)合增長率增長，而先進(jìn)封裝市場將以7%的年復(fù)合增長率增長，市場規(guī)模到2023年將增長至390億美元，傳統(tǒng)封裝市場的復(fù)合年增長率則低于3.3%。
展現(xiàn)三大發(fā)展趨勢
隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展以及市場規(guī)模的擴(kuò)大，其對于整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生越來越大的影響。首先是中段工藝的出現(xiàn)并逐漸形成規(guī)模。隨著傳統(tǒng)封裝技術(shù)向先進(jìn)封裝過渡，有別于傳統(tǒng)封裝技術(shù)的凸塊(Bumping)、再布線(RDL)、硅通孔(TSV)等中段工藝被開發(fā)出來，并且開始發(fā)揮重要作用。中芯長電半導(dǎo)體首席執(zhí)行官崔東表示，僅靠縮小線寬的辦法已經(jīng)無法同時(shí)滿足性能、功耗、面積，以及信號(hào)傳輸速度等多方面的要求，因此半導(dǎo)體企業(yè)開始把注意力放在系統(tǒng)集成層面來尋找解決方案，也就是通過先進(jìn)的硅片級(jí)封裝技術(shù)，把不同工藝技術(shù)代的裸芯封裝在一個(gè)硅片級(jí)的系統(tǒng)里，兼顧性能、功耗和傳輸速度的要求。這就產(chǎn)生了在硅片級(jí)進(jìn)行芯片之間互聯(lián)的需要，進(jìn)而產(chǎn)生了凸塊、再布線、硅通孔等中段工藝。而中段硅片加工的出現(xiàn)，也打破了前后段芯片加工的傳統(tǒng)分工方式。
其次，制造與封裝將形成新的競合關(guān)系。由于先進(jìn)封裝帶來的中段工藝，封測業(yè)和晶圓制造業(yè)有了更緊密的聯(lián)系，在帶來發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也面臨著新的挑戰(zhàn)。中段封裝的崛起必然擠壓晶圓制造或者封裝測試業(yè)的份額。有跡象表明，部分晶圓廠已加大在中段封裝工藝上的布局。晶圓廠有著技術(shù)和資本的領(lǐng)先優(yōu)勢，將對封測廠形成較大的競爭壓力。傳統(tǒng)封測廠較晶圓制造業(yè)相比屬于輕資產(chǎn)，引入中段工藝后，設(shè)備資產(chǎn)比重較傳統(tǒng)封裝大大增加，封測業(yè)的先進(jìn)技術(shù)研發(fā)和擴(kuò)產(chǎn)將面臨較大的資金壓力。
最后，推動(dòng)集成電路整體實(shí)力的提升。后摩爾時(shí)代的集成電路產(chǎn)業(yè)更強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)鏈的緊密合作，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間的內(nèi)在聯(lián)系，要求各個(gè)環(huán)節(jié)不再是割裂地單獨(dú)進(jìn)行生產(chǎn)加工，而是要求從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、前段工藝技術(shù)和封測各個(gè)環(huán)節(jié)開展更加緊密的合作。企業(yè)對于先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的競爭，最終還需表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)鏈之間綜合實(shí)力的競爭。
中國應(yīng)加快虛擬IDM生態(tài)鏈建設(shè)
近幾年中國集成電路封測產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展，有了長足的進(jìn)步，然而國內(nèi)集成電路封測產(chǎn)業(yè)鏈整體技術(shù)水平不高也是不爭的事實(shí)。半導(dǎo)體專家莫大康認(rèn)為，中國現(xiàn)在非常重視集成電路產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)先進(jìn)封裝業(yè)的發(fā)展就是非常必要的了。中國的封裝測試是集成電路三業(yè)(設(shè)計(jì)、制造、封測)中起步最早的，與國際水平差距也比較小，因此完全有能力發(fā)展起來。
華進(jìn)半導(dǎo)體總經(jīng)理曹立強(qiáng)在近日的演講中再次提出，推動(dòng)國內(nèi)“EDA軟件—芯片設(shè)計(jì)—芯片制造—芯片封測—整機(jī)應(yīng)用”集成電路產(chǎn)業(yè)鏈虛擬IDM生態(tài)鏈的建設(shè)，以市場需求牽引我國集成電路封測產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。集成電路的競爭最終會(huì)表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)鏈之間綜合實(shí)力的競爭，先進(jìn)封裝的發(fā)展需要從工藝、設(shè)備和材料等方面的協(xié)同。
在新的技術(shù)趨勢和競爭環(huán)境下，集成電路產(chǎn)業(yè)越來越表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)鏈整體實(shí)力的競爭。過去幾年，國際半導(dǎo)體制造公司紛紛加大力度向先進(jìn)工藝挺進(jìn)，在持續(xù)大規(guī)模資本投入擴(kuò)建產(chǎn)能的帶動(dòng)下，一些半導(dǎo)體制造大廠同樣具備了完整的先進(jìn)封裝制造能力。
應(yīng)對這樣的產(chǎn)業(yè)形勢，曹立強(qiáng)指出，重點(diǎn)在于突破一些關(guān)鍵性技術(shù)，如高密度封裝關(guān)鍵工藝、三維封裝關(guān)鍵技術(shù)、多功能芯片疊層集成關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)級(jí)封裝關(guān)鍵技術(shù)等。建設(shè)立足應(yīng)用、重在轉(zhuǎn)化、多功能、高起點(diǎn)的虛擬IDM產(chǎn)業(yè)鏈，解決集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，突破技術(shù)瓶頸。
