芯片不斷向微型化發(fā)展,，工藝制成向著更小的5nm,，3nm推進(jìn)，摩爾定律也屢屢被傳走到盡頭,，而芯片封裝技術(shù)被普遍認(rèn)為會成為下一階段半導(dǎo)體技術(shù)的重要發(fā)展方向,。
廈門大學(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,，通過先進(jìn)封裝技術(shù)來滿足系統(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)運而生的,，主要功能是完成電源分配、信號分配,、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)鏈迎來大考,。
一、群雄競逐先進(jìn)封裝
先進(jìn)封裝技術(shù)能夠相對輕松地實現(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,。
尤其是CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）、FOWLP（扇出晶圓級封裝）以及WoW等 高密度先進(jìn)封裝（HDAP） ,，它們在提升芯片性能方面展現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢,，成功吸引了各大主流芯片封測、代工以及設(shè)計廠商的關(guān)注,，開始在該領(lǐng)域持續(xù)投資布局,。
例如CoWoS，這是臺積電推出的2.5D封裝技術(shù),，被稱為晶圓級封裝,。CoWoS針對高端市場，連線數(shù)量和封裝尺寸都比較大,。
自2012年開始量產(chǎn)CoWoS以來,，臺積電就通過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23億美金,，2019-2022年間CAGR（復(fù)合年均增長率）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）在此之前就只有臺積電能夠生產(chǎn)。 臺積電的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)致臺積電搶下蘋果（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,，與三星電子合作研發(fā)FOWLP技術(shù),，以期在新一輪客戶訂單爭奪賽中，全面迎戰(zhàn)臺積電,。
Techsearch International指出,，這些HDAP技術(shù)推動了行業(yè)對設(shè)備與封裝協(xié)同設(shè)計以及新流程的需求。目前代工廠開始將一部分限制產(chǎn)能用于做先進(jìn)封測,，傳統(tǒng)的封測廠商也在逐漸向先進(jìn)封測提升,。 雖然目前為止，代工廠與封測廠商還沒有完全交叉的業(yè)務(wù),，在各自的領(lǐng)域獨立為戰(zhàn)。但未來雙方一定會越來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之地,。
二、HDAP,，想說愛你不容易
然而,，想要實現(xiàn)類似的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)工具來處理多種新技術(shù)，這些新技術(shù)也需要物理驗證,，例如設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）,、版圖和線路圖對照檢查（LVS）等。在HDAP中,，必須通過一個中介層或某種類型的互連技術(shù)做連接,，在這種情況下，它會影響系統(tǒng)的互連特性,，同時這些特性之間還會相互影響,，同時影響可制造性特征的設(shè)計。
其次,，新的HDAP技術(shù)要求設(shè)計團(tuán)隊共同努力來優(yōu)化整個系統(tǒng),，而不僅僅是單個元件。例如芯片和封裝/中介層未對齊,、元器件和基地之間的連接錯誤等問題帶來的工程成本增加,；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)定性不合格等問題帶來的功能故障等問題,。
再者，HDAP也讓設(shè)計復(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,、基板到測試板的所有互連,。這在傳統(tǒng)的封裝行業(yè)來看非常難以控制，目前有許多要靠手工集成,，夾雜一些零碎的檢查,。
HDAP作為一個全新的方向，也開始給半導(dǎo)體的設(shè)計流程帶來影響,。這些新技術(shù)能夠?qū)φw設(shè)計做分區(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,，但同時也為傳統(tǒng)的設(shè)計工具帶來了相關(guān)挑戰(zhàn)。
在此基礎(chǔ)上,，傳統(tǒng)的封裝設(shè)計已經(jīng)無法滿足市場日益變化的需求,，如何高效的完成設(shè)計并得到驗證，這將給EDA工具帶來全新的挑戰(zhàn),。市場迫切需要更為高效的全新流程,、方法和設(shè)計工具。
三、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)計和封裝的各個方面,。
早在10多年前（2007年）,，Mentor就看見了封裝市場的潛在機(jī)遇，并開始為領(lǐng)先客戶設(shè)計應(yīng)對方案,。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)客戶的要求,，就將被拋在身后。發(fā)力先進(jìn)封裝領(lǐng)域,，對于Mentor與其客戶來說是雙贏,。
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)率先針對當(dāng)今先進(jìn)的 IC 封裝設(shè)計和驗證的綜合解決方案,。
資料顯示，XPI產(chǎn)品已經(jīng)具有高集成度,，但基于整個設(shè)計過程中的分工需要,， Mentor將XPI的兩個功能拆分為Xpedition Substrate Integrator工具和 Xpedition Package Designer技術(shù)。獨特的Xpedition Substrate Integrator（xSI）工具可快速實現(xiàn)異構(gòu)基底封裝組件的定義和優(yōu)化,。針對物理封裝實施的新型 Xpedition Package Designer（xPD）技術(shù)可確保設(shè)計Signoff與驗證的數(shù)據(jù)同步,。Calibre 3D Stack技術(shù)可針對各種2.5D和3D疊層芯片組件進(jìn)行完整的Signoff DRC/LVS驗證。
在不斷優(yōu)化的過程中,，Xpedition可以多人協(xié)同工作,，無需拆分，避免多次合并,，從而實現(xiàn)最大限度地提高團(tuán)隊工作效率,。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)計工具就顯得尤為重要。Lincoln提到,，Mentor的優(yōu)勢在于擁有非常全面的工序,，全新的解決方案能夠為IC設(shè)計廠商提供便利，可以在一定程度上滿足其需求,。
四,、Mentor與中國
現(xiàn)在，中國大陸市場中已經(jīng)有不少廠商開始關(guān)注先進(jìn)封裝,，尤其是封測企業(yè),。近幾年，海外并購讓中國封測企業(yè)快速獲得了技術(shù),、市場,，彌補(bǔ)了一些結(jié)構(gòu)性的缺陷，極大地推動了中國封測產(chǎn)業(yè)的向上發(fā)展,。
中國半導(dǎo)體協(xié)會數(shù)據(jù)顯示,，大陸封測市場規(guī)模從2012年的1034億元增長至2018年的2196億元。在2019年封測市場,，中國大陸占比達(dá)到28%,，僅次于中國臺灣。
Lincoln指出,，早在1989年,，Mentor就已經(jīng)進(jìn)入中國大陸。盡管當(dāng)時市場主要以PCB板級設(shè)計為主,，中國大陸本土的IC產(chǎn)業(yè)仍在襁褓之中,，整個市場的體量也沒有現(xiàn)在這么龐大，但Mentor絲毫沒有輕視中國市場和其未來的發(fā)展?jié)摿Α?此外,，Mentor還跟地方政府,、孵化平臺、高校和研究所合作,，降低創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的成本,，積極地扶持未來的明星企業(yè)。
這些年來,，Mentor見證了中國本土IC產(chǎn)業(yè)不斷強(qiáng)大,，尤其是封測領(lǐng)域。Lincoln表示,，近年中國本土先進(jìn)封測廠商通過自主研發(fā)和兼并收購,，已基本形成先進(jìn)封裝的產(chǎn)業(yè)化能力,，但從先進(jìn)封裝營收占總營收的比例和高密度集成等先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展上來說，中國總體先進(jìn)封裝技術(shù)水平與國際領(lǐng)先水平還有一定的差距,。
在此基礎(chǔ)上,，Mentor正在不斷支持中國廠商在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的發(fā)展，助力中國廠商在性能以及功耗等方面提升,。同時,，Lincoln也提到，在同等級的芯片中,，使用Mentor HDAP設(shè)計環(huán)境的產(chǎn)品,，異構(gòu)集成能助力其效能更優(yōu)化。
五,、總結(jié)
在2020年,，圍繞先進(jìn)封裝的戰(zhàn)火繼續(xù)升級，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,、實現(xiàn)更為復(fù)雜和靈活的系統(tǒng)級芯片，以滿足客戶日益豐富的應(yīng)用需求,。
隨著制程工藝逼近極限,，成本無限提升，Mentor憑借在此領(lǐng)域豐富的經(jīng)驗,，其作用將越來越大,，更加不可或缺。