隨著芯片不斷向微型化發(fā)展，工藝制程開(kāi)始向著更小的5nm、3nm推進(jìn),，已經(jīng)越來(lái)越逼近物理極限,，付出的代價(jià)也將越來(lái)越大，因此摩爾定律屢屢被傳將走到盡頭,，迫切需要另辟蹊徑推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。

　　業(yè)界普遍認(rèn)為，先進(jìn)封裝會(huì)成為下一階段半導(dǎo)體技術(shù)的重要發(fā)展方向,。廈門(mén)大學(xué)特聘教授、云天半導(dǎo)體創(chuàng)始人于大全博士就曾指出,，隨著摩爾定律發(fā)展趨緩,，通過(guò)先進(jìn)封裝技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)微型化、多功能化成為了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新引擎,。

　　封裝技術(shù)是伴隨集成電路發(fā)明應(yīng)運(yùn)而生的,，主要功能是完成電源分配,、信號(hào)分配、散熱和物理保護(hù),。而隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,，封裝正在不斷革新，供應(yīng)鏈迎來(lái)大考,。

　　群雄競(jìng)逐先進(jìn)封裝

　　先進(jìn)封裝技術(shù)能夠相對(duì)輕松地實(shí)現(xiàn)芯片的高密度集成,、體積的微型化和更低的成本等需求，符合高端芯片向尺寸更小,、性能更高,、功耗更低演進(jìn)的趨勢(shì)。

　　尤其是CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）,、FOWLP（扇出晶圓級(jí)封裝）以及WoW等高密度先進(jìn)封裝（HDAP）,，它們?cè)谔嵘酒阅芊矫嬲宫F(xiàn)出的巨大優(yōu)勢(shì)，成功吸引了各大主流芯片封測(cè),、代工以及設(shè)計(jì)廠商的關(guān)注,，開(kāi)始在該領(lǐng)域持續(xù)投資布局。

　　例如CoWoS,，這是臺(tái)積電推出的2.5D封裝技術(shù),，被稱(chēng)為晶圓級(jí)封裝。CoWoS針對(duì)高端市場(chǎng),，連線(xiàn)數(shù)量和封裝尺寸都比較大,。

　　自2012年開(kāi)始量產(chǎn)CoWoS以來(lái)，臺(tái)積電就通過(guò)這種芯片間共享基板的封裝形式,，把多顆芯片封裝到一起,，而平面上的裸片通過(guò)Silicon Interposer互聯(lián)，這樣達(dá)到了封裝體積小,，傳輸速度高,，功耗低，引腳少的效果,。

　　此外,，F(xiàn)OWLP，這是一項(xiàng)被預(yù)言將成為下一代緊湊型,、高性能電子設(shè)備基礎(chǔ)的技術(shù),。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，F(xiàn)OWLP全球總產(chǎn)值有望在2022年超過(guò)23億美金,，2019-2022年間CAGR（復(fù)合年均增長(zhǎng)率）接近20%,。

　　據(jù)悉，第一代扇出型封裝是采用英飛凌（Infineon）的嵌入式晶圓級(jí)球閘陣列（eWLB）技術(shù)，此為2009年由飛思卡爾（Freescale,，現(xiàn)為恩智浦）所推出,。但是，集成扇出型封裝（InFO）在此之前就只有臺(tái)積電能夠生產(chǎn),。

　　臺(tái)積電的InFO技術(shù)是最引人注目的高密度扇出的例子,，三星電子（Samsung Electronics）系統(tǒng)LSI事業(yè)部認(rèn)為正是此技術(shù)，導(dǎo)致臺(tái)積電搶下蘋(píng)果（Apple）A10處理器代工訂單,。為此三星電機(jī)（Semco）跨足半導(dǎo)體封裝市場(chǎng),，與三星電子合作研發(fā)FOWLP技術(shù)，以期在新一輪客戶(hù)訂單爭(zhēng)奪賽中,，全面迎戰(zhàn)臺(tái)積電,。

　　Techsearch International指出，這些HDAP技術(shù)推動(dòng)了行業(yè)對(duì)設(shè)備與封裝協(xié)同設(shè)計(jì)以及新流程的需求,。目前代工廠開(kāi)始將一部分限制產(chǎn)能用于做先進(jìn)封測(cè),，傳統(tǒng)的封測(cè)廠商也在逐漸向先進(jìn)封測(cè)提升。

　　雖然目前為止,，代工廠與封測(cè)廠商還沒(méi)有完全交叉的業(yè)務(wù),，在各自的領(lǐng)域獨(dú)立為戰(zhàn)。但未來(lái)雙方一定會(huì)越來(lái)越多地向中間重合領(lǐng)域進(jìn)軍,，先進(jìn)封裝將成為兵家必爭(zhēng)之地,。

　　HDAP,，想說(shuō)愛(ài)你不容易

　　然而,，想要實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的HDAP仍然存在一些挑戰(zhàn)。

　　資料顯示,，首先,，HDAP具有異構(gòu)性。即使上游EDA廠商已經(jīng)修改了傳統(tǒng)工具來(lái)處理多種新技術(shù),，這些新技術(shù)也需要物理驗(yàn)證,，例如設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）、版圖和線(xiàn)路圖對(duì)照檢查（LVS）等,。在HDAP中,，必須通過(guò)一個(gè)中介層或某種類(lèi)型的互連技術(shù)做連接，在這種情況下,，它會(huì)影響系統(tǒng)的互連特性,，同時(shí)這些特性之間還會(huì)相互影響，同時(shí)影響可制造性特征的設(shè)計(jì),。

　　其次,，新的HDAP技術(shù)要求設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)共同努力來(lái)優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，而不僅僅是單個(gè)元件。例如芯片和封裝/中介層未對(duì)齊,、元器件和基地之間的連接錯(cuò)誤等問(wèn)題帶來(lái)的工程成本增加,；制造數(shù)據(jù)的質(zhì)量或誤差導(dǎo)致的制造延遲；以及信號(hào)和電源完整性性能不佳,、2.5D裝配的熱穩(wěn)定性不合格等問(wèn)題帶來(lái)的功能故障等問(wèn)題,。

　　再者，HDAP也讓設(shè)計(jì)復(fù)雜度顯著提高,，需要描述從芯片到基板,、從中介層到基板、基板到電路板,、基板到測(cè)試板的所有互連,。這在傳統(tǒng)的封裝行業(yè)來(lái)看非常難以控制，目前有許多要靠手工集成,，夾雜一些零碎的檢查,。

　　HDAP作為一個(gè)全新的方向，也開(kāi)始給半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)流程帶來(lái)影響,。這些新技術(shù)能夠?qū)φw設(shè)計(jì)做分區(qū),，就像一種具有芯片外部特征的互連，這與芯片的內(nèi)部特征非常相似,。先進(jìn)封裝使廠商有了集成不同技術(shù)（工藝）的能力,，但同時(shí)也為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具帶來(lái)了相關(guān)挑戰(zhàn)。

　　在此基礎(chǔ)上,，傳統(tǒng)的封裝設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)日益變化的需求,，如何高效的完成設(shè)計(jì)并得到驗(yàn)證，這將給EDA工具帶來(lái)全新的挑戰(zhàn),。市場(chǎng)迫切需要更為高效的全新流程,、方法和設(shè)計(jì)工具。

　　Mentor的利器

　　Mentor是一家極為關(guān)注先進(jìn)封裝技術(shù)的EDA廠商,，Mentor亞太區(qū)技術(shù)總監(jiān)Lincoln Lee提到,，作為一家EDA廠商，其產(chǎn)品本身就貫穿設(shè)計(jì)和封裝的各個(gè)方面,。

　　早在10多年前（2007年）,，Mentor就看見(jiàn)了封裝市場(chǎng)的潛在機(jī)遇，并開(kāi)始為領(lǐng)先客戶(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)方案,。他強(qiáng)調(diào),，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展很快，先進(jìn)封裝正在逐漸成為主力,，如果不能很快適應(yīng)客戶(hù)的要求,，就將被拋在身后,。發(fā)力先進(jìn)封裝領(lǐng)域，對(duì)于Mentor與其客戶(hù)來(lái)說(shuō)是雙贏,。

　　2013年,，Mentor正式推出了Xpedition Package Integrator（XPI） 高密度先進(jìn)封裝（HDAP）流程，該流程是業(yè)內(nèi)率先針對(duì)當(dāng)今先進(jìn)的 IC 封裝設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的綜合解決方案,。

　　資料顯示,，XPI產(chǎn)品已經(jīng)具有高集成度，但基于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的分工需要,， Mentor將XPI的兩個(gè)功能拆分為Xpedition Substrate Integrator工具和 Xpedition Package Designer技術(shù),。獨(dú)特的Xpedition Substrate Integrator（xSI）工具可快速實(shí)現(xiàn)異構(gòu)基底封裝組件的定義和優(yōu)化。針對(duì)物理封裝實(shí)施的新型 Xpedition Package Designer（xPD）技術(shù)可確保設(shè)計(jì)Signoff與驗(yàn)證的數(shù)據(jù)同步,。Calibre 3D Stack技術(shù)可針對(duì)各種2.5D和3D疊層芯片組件進(jìn)行完整的Signoff DRC/LVS驗(yàn)證,。

　　在不斷優(yōu)化的過(guò)程中，Xpedition可以多人協(xié)同工作,，無(wú)需拆分,，避免多次合并，從而實(shí)現(xiàn)最大限度地提高團(tuán)隊(duì)工作效率,。目前,，Mentor正在全力解決多晶片封裝的功耗、散熱,、性能問(wèn)題,。Lincoln解釋道，大家都希望將更多功能“塞”到同一顆芯片里,，但這么多高效能的芯片放在一起,，將產(chǎn)生極高的熱密度。因此,，熱分析是非常關(guān)鍵的步驟,。

　　目前做芯片的公司數(shù)量正在不斷減少，很大程度上是由于先進(jìn)工藝行列所需要的成本十分昂貴,，因此先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具就顯得尤為重要。Lincoln提到,，Mentor的優(yōu)勢(shì)在于擁有非常全面的工序,，全新的解決方案能夠?yàn)镮C設(shè)計(jì)廠商提供便利，可以在一定程度上滿(mǎn)足其需求,。

　　Mentor與中國(guó)

　　現(xiàn)在,，中國(guó)大陸市場(chǎng)中已經(jīng)有不少?gòu)S商開(kāi)始關(guān)注先進(jìn)封裝，尤其是封測(cè)企業(yè),。近幾年,，海外并購(gòu)讓中國(guó)封測(cè)企業(yè)快速獲得了技術(shù)、市場(chǎng)，彌補(bǔ)了一些結(jié)構(gòu)性的缺陷,，極大地推動(dòng)了中國(guó)封測(cè)產(chǎn)業(yè)的向上發(fā)展,。

　　中國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，大陸封測(cè)市場(chǎng)規(guī)模從2012年的1034億元增長(zhǎng)至2018年的2196億元,。在2019年封測(cè)市場(chǎng),，中國(guó)大陸占比達(dá)到28%，僅次于中國(guó)臺(tái)灣,。

　　Lincoln指出,，早在1989年，Mentor就已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)大陸,。盡管當(dāng)時(shí)市場(chǎng)主要以PCB板級(jí)設(shè)計(jì)為主,，中國(guó)大陸本土的IC產(chǎn)業(yè)仍在襁褓之中，整個(gè)市場(chǎng)的體量也沒(méi)有現(xiàn)在這么龐大,，但Mentor絲毫沒(méi)有輕視中國(guó)市場(chǎng)和其未來(lái)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　此外,，Mentor還跟地方政府、孵化平臺(tái),、高校和研究所合作,，降低創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的成本，積極地扶持未來(lái)的明星企業(yè),。

　　這些年來(lái),，Mentor見(jiàn)證了中國(guó)本土IC產(chǎn)業(yè)不斷強(qiáng)大，尤其是封測(cè)領(lǐng)域,。Lincoln表示,，近年中國(guó)本土先進(jìn)封測(cè)廠商通過(guò)自主研發(fā)和兼并收購(gòu)，已基本形成先進(jìn)封裝的產(chǎn)業(yè)化能力,，但從先進(jìn)封裝營(yíng)收占總營(yíng)收的比例和高密度集成等先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展上來(lái)說(shuō),，中國(guó)總體先進(jìn)封裝技術(shù)水平與國(guó)際領(lǐng)先水平還有一定的差距。

　　在此基礎(chǔ)上,，Mentor正在不斷支持中國(guó)廠商在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的發(fā)展,，助力中國(guó)廠商在性能以及功耗等方面提升。同時(shí),，Lincoln也提到,，在同等級(jí)的芯片中，使用Mentor HDAP設(shè)計(jì)環(huán)境的產(chǎn)品,，異構(gòu)集成能助力其效能更優(yōu)化,。

　　總結(jié)

　　在2020年，圍繞先進(jìn)封裝的戰(zhàn)火繼續(xù)升級(jí),，先進(jìn)芯片制造商正在不斷加碼,，探索更廣闊的芯片創(chuàng)新空間,。

　　盡管這些技術(shù)方法的核心細(xì)節(jié)有所不同，但大家各展謀略,，都是為了持續(xù)提升芯片密度,、實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜和靈活的系統(tǒng)級(jí)芯片，以滿(mǎn)足客戶(hù)日益豐富的應(yīng)用需求,。

　　這種情況下,，隨著制程工藝逼近極限，成本無(wú)限提升,，Mentor憑借在此領(lǐng)域豐富的經(jīng)驗(yàn),，其作用將越來(lái)越大，更加不可或缺,。