曾經(jīng),，傳統(tǒng)封測在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中并不是很起眼的環(huán)節(jié),。先進封裝的出現(xiàn),，讓業(yè)界看到了通過電子封裝推動芯片高密度集成,、性能提升、體積微型化和成本下降的巨大潛力,。隨著摩爾定律步伐放緩,，電子封裝進一步成為推動半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵力量之一。
11月3日,，國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在北京舉行,。由華中科技大學(xué)、華進半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司,、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、江蘇長電科技股份有限公司,、通富微電子股份有限公司,、華天科技（昆山）電子有限公司、蘇州旭創(chuàng)科技有限公司,、中國電子科技集團公司第五十八研究所,、香港應(yīng)用科技研究院有限公司、武漢大學(xué)合作完成的“高密度高可靠電子封裝關(guān)鍵技術(shù)及成套工藝”,，榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎,。隨著后摩爾時代來臨，先進封裝正在成為半導(dǎo)體產(chǎn)品性能提升的必由之路,，也成為推動國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的重要動力,。
意義：先進封裝是半導(dǎo)體性能提升關(guān)鍵力量
“到了后摩爾時代，我們已經(jīng)不再單純以線寬線距和集成度的尺寸論英雄,，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,。為尋求提升集成電路產(chǎn)品系統(tǒng)集成、高速,、高頻,、三維、超細節(jié)距互連等特征,，封裝的作用愈發(fā)凸顯,。先進封裝已經(jīng)成為超越摩爾的關(guān)鍵賽道，集成電路的成品制造環(huán)節(jié)的創(chuàng)新能力和價值越來越強,?！?長電科技首席執(zhí)行長鄭力向《中國電子報》表示。
先進封裝在誕生之初以WLP（晶片級封裝）為主,，后期進一步向三維發(fā)展,。目前主流的先進封裝包括凸塊、SiP（系統(tǒng)級封裝）、WL-CSP（晶圓級封裝）,、FOWLP（扇出封裝）,、FC（倒裝）、eWLB（嵌入式晶圓級球柵陣列）,、PiP（堆疊組裝）,、PoP（堆疊封裝）等，2.5D封裝和3D封裝技術(shù)也逐步成熟并進入商用,。
華進半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司技術(shù)副總孫鵬博士向《中國電子報》指出,，先進封裝對半導(dǎo)體的提升作用包括五個方面：一是實現(xiàn)芯片封裝小型化、高密度化,、多功能化,；二是降低產(chǎn)品功耗、提升產(chǎn)品帶寬,、減小信號傳輸延遲,；三是可實現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)的系統(tǒng)集成；四是延續(xù)摩爾定律,，提升產(chǎn)品性能的有效途徑,；五是降低先進節(jié)點芯片的設(shè)計復(fù)雜度和制造成本，縮短開發(fā)周期,、提高產(chǎn)品良率,。
本次獲獎的“高密度高可靠電子封裝關(guān)鍵技術(shù)及成套工藝”解決了電子封裝行業(yè)知識產(chǎn)權(quán)“空心化”和“卡脖子”難題，實現(xiàn)了高密度高可靠電子封裝從無到有,、由傳統(tǒng)封裝向先進封裝的轉(zhuǎn)變,。
湖南越摩先進半導(dǎo)體CTO、獲獎項目參與者之一謝建友向《中國電子報》指出,，高密度是指制程微縮使單位面積的晶體管數(shù)量越來越多,，I/O也越來越多，封裝密度持續(xù)提升,。高可靠是指芯片封裝在高冷,、高熱、真空等極端環(huán)境下會發(fā)生翹曲變形等問題,，導(dǎo)致芯片失效,。所以在封裝過程中，選擇什么楊氏模量,、CTE（熱膨脹系數(shù)）,、泊松比、收縮率,、介電常數(shù),、損耗角,、熱導(dǎo)率的材料，選擇怎樣的膠水等,，要經(jīng)過大量仿真驗證,。
除了技術(shù)研發(fā)，本次項目還錘煉了電子封裝的研發(fā)體系,。謝建友表示,，項目推動形成了協(xié)同設(shè)計、多物理域仿真以及芯片-封裝-系統(tǒng)三級聯(lián)仿的方法論,。通過仿真測試,、回歸驗證、積累數(shù)據(jù),，進一步提升研發(fā)效率和投片成功率,，并降低試錯成本和縮短產(chǎn)品上市周期。
“有時候芯片公司內(nèi)部測試沒有問題,，到客戶端一用回流焊,，裂片、性能不達標,、參數(shù)不對等各種問題都出來了，這不是電性能的問題,，很多時候是力學(xué),、熱學(xué)、流體的問題,。通過更加先進的研發(fā)方法論,，我們可以在仿真模型上進行參數(shù)調(diào)整，在模型的達到平衡之后再去測試,，提升流片成功率,。”謝建友說,。
原因：三大因素促進我國封裝產(chǎn)業(yè)能力提升
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)中,，封裝是中國話語權(quán)較強的一環(huán)，長電科技,、通富微電,、天水華天均進入封測企業(yè)全球營收前十。
孫鵬表示,，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可追溯到20世紀60年代,，國內(nèi)建立了一批半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)。到了上世紀70年代,，部分企業(yè)開始參與小規(guī)模集成電路研發(fā),，在晶圓制造,、封裝等方面也有所涉獵，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ),。進入21世紀后,，隨著國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向東亞地區(qū)轉(zhuǎn)移，國內(nèi)在江蘇無錫,、蘇州等地形成了產(chǎn)業(yè)鏈集聚區(qū),，涌現(xiàn)了如長電科技、通富微電,、晶方科技等封測企業(yè),。隨著企業(yè)規(guī)模持續(xù)增長，國內(nèi)企業(yè)開始由購買國外專利技術(shù)向自主研發(fā)轉(zhuǎn)型,，封裝技術(shù)由低端向中高端拓展,。同時通過企業(yè)并購，積極引進吸收國外先進技術(shù),，實現(xiàn)企業(yè)規(guī)模和技術(shù)實力提升,。
鄭力指出，我國封裝產(chǎn)業(yè)能力的構(gòu)建主要得益于三個因素,。首先是生產(chǎn)成本與市場方面的優(yōu)勢,，使封裝測試成為全球集成電路產(chǎn)業(yè)中最先向我國轉(zhuǎn)移的環(huán)節(jié)；其次,，我國封測企業(yè)進入行業(yè)時間較早,、技術(shù)研發(fā)持續(xù)性較好；最后,，我國封測龍頭企業(yè)抓住時機,，對國外優(yōu)質(zhì)標的大膽收購，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)能力的跨越式發(fā)展,。
國內(nèi)封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗,，能否給其他半導(dǎo)體環(huán)節(jié)提供借鑒？孫鵬表示,，半導(dǎo)體各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)應(yīng)尊重產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律,。產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大需要持續(xù)的投入，需要政策支撐與企業(yè)立足于市場的研發(fā)形成合力,。同時,，需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，封裝產(chǎn)業(yè)壯大離不開國內(nèi)設(shè)計,、終端企業(yè)做大做強,，未來產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展也離不開國內(nèi)裝備、材料企業(yè)的支撐,。
隨著封裝逐漸成為半導(dǎo)體向高性能,、高密度發(fā)展的驅(qū)動力量,，封測產(chǎn)業(yè)也在成為國內(nèi)發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群的重要助力。
“縱觀世界各國和地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程,，封裝產(chǎn)業(yè)往往成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)‘追趕者’的排頭兵,。以韓國、中國臺灣地區(qū)的產(chǎn)業(yè)崛起過程來看,，產(chǎn)業(yè)發(fā)展均始于封裝轉(zhuǎn)移的浪潮,，通過最先在封裝環(huán)節(jié)立足，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和集聚效應(yīng),；通過向上游拓展并引進吸收先進技術(shù),，逐步演變?yōu)樵O(shè)計、制造和封裝三個環(huán)節(jié)相互支撐的產(chǎn)業(yè)格局,?！睂O鵬說。
未來：產(chǎn)業(yè)協(xié)同持續(xù)提升市場競爭力
在數(shù)字化,、低碳環(huán)保,、消費電子輕量化等趨勢的推動下，先進封裝正在迎來廣闊的發(fā)展空間,。謝建友表示,，先進封裝的市場需求來自五個方面。一是新能源的功率模塊及寬禁帶半導(dǎo)體器件,，包括電動汽車,、太陽能、風(fēng)能等領(lǐng)域的器件封裝需求,。二是AI和高性能計算，中國是全球最大的半導(dǎo)體應(yīng)用市場,，DPU,、VPU、NPU,、RISC-V等新產(chǎn)品,、新架構(gòu)層出不窮。加上國內(nèi)芯片設(shè)計公司的技術(shù)水平持續(xù)提升,，也對封裝技術(shù)提出了更高的要求,。三是可穿戴設(shè)備，需要將幾百個器件封裝在極其微縮的產(chǎn)品中,。四是醫(yī)療技術(shù),。五是用于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器。
謝建友為記者舉了個例子,，從前心臟起搏器有鼠標的一半大小,，現(xiàn)在通過TSV（硅通孔）將三個芯片疊起來,，再放入載板、電池等元器件進行封裝,，可以將心臟起搏器的體積縮小到膠囊大小,，植入到患者的心室。由于起搏器與心臟的距離更近,，能感受到更微弱的信號,，只需要更小的脈沖電流就能讓心臟復(fù)跳，從而在超微型化的膠囊內(nèi)讓起搏器仍然具有10-12年的使用壽命,。
“先進封裝會對醫(yī)療技術(shù)帶來革命性的改變,。未來可以通過先進封裝，將心率,、血氧,、血壓、體溫等檢測功能都做進TWS耳機,，這是對人類健康與幸福的改善,。”謝建友說,。
面對不斷涌現(xiàn)的市場機遇,，從傳統(tǒng)封裝持續(xù)向先進封裝轉(zhuǎn)變，是國內(nèi)封裝產(chǎn)業(yè)提升市場競爭和盈利能力的必由之路,。
在技術(shù)層面,，企業(yè)要認識到封裝在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的定位變化，持續(xù)提升基礎(chǔ)研發(fā)能力,。鄭力指出,，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢很清晰，就是要靠集成電路的后道成品制造技術(shù)來驅(qū)動集成電路向高性能,、高密度發(fā)展,。“封裝”這個詞已經(jīng)不能很好表達“先進封裝”的含義,，以及高密度封裝的技術(shù)需求和技術(shù)實際狀態(tài),，用“芯片成品制造”去描述更為貼切，更能反映當(dāng)下的集成電路最后一道制造流程的技術(shù)含量和技術(shù)內(nèi)涵,。這就要求投入這個領(lǐng)域的從業(yè)者要有更強的決心和信心,，“板凳要坐十年冷”，寧可花費“十年”時間打磨一項技術(shù),，不能抱著賺快錢的心態(tài),。
在產(chǎn)業(yè)協(xié)同方面，要提升與上下游企業(yè)的聯(lián)動能力,。謝建友指出,，目前立訊,、歌爾等模組企業(yè)正在向封裝延伸，臺積電等晶圓制造廠商也在加大封裝投入,。與此同時,，封裝也在向上下環(huán)節(jié)擴展，不僅做模組,，也通過晶圓級封裝向前道延伸,。這需要封測企業(yè)與上下游企業(yè)形成更好的協(xié)作。鄭力也表示,，要重點扶持現(xiàn)有半導(dǎo)體成熟產(chǎn)業(yè)鏈向縱深發(fā)展,。共同推動前后道企業(yè)協(xié)同設(shè)計，在芯片前期規(guī)劃和設(shè)計時就把前道的晶圓制造和后道的成品制造聯(lián)系在一起,，提高芯片整體性能和良率,，提升我國集成電路領(lǐng)域在后摩爾時代的競爭力。
在產(chǎn)業(yè)鏈完善程度方面,，需要配套的裝備產(chǎn)業(yè),、材料產(chǎn)業(yè)等協(xié)同進步。
“先進封裝對材料,，特別是高端基板材料和晶圓級封裝材料,，以及化學(xué)機械拋光和倒裝封裝設(shè)備的需求和要求都在不斷增加，這需要材料,、設(shè)備和工藝三方的緊密合作與努力,。同時，要密切關(guān)注從系統(tǒng),、芯片,、封裝到產(chǎn)品測試的共同設(shè)計和協(xié)同合作，以及對Chiplet的理解與實際應(yīng)用,?！编嵙φf。
在資源配置方面,，要發(fā)揮本地資源優(yōu)勢,，并形成區(qū)域間的分工協(xié)作,。孫鵬指出,，要發(fā)揮本地資源和政策優(yōu)勢承接區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移產(chǎn)業(yè)。堅持以市場為導(dǎo)向,，規(guī)范招商引資行為,，促進產(chǎn)銷市場要素的充分流動，實現(xiàn)資源最佳配置,。通過承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移吸納發(fā)達地區(qū)高新技術(shù),，形成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級的新機制,，加快產(chǎn)業(yè)升級步伐。另一方面,，要以加強各城市間專業(yè)化分工協(xié)作為導(dǎo)向,，推動產(chǎn)業(yè)高端化發(fā)展。找到不同城市差異化定位,，明確自身優(yōu)勢與資源,，與區(qū)域其他城市共謀產(chǎn)業(yè)協(xié)同錯位、互補互促,。
