兩個“芯”趨勢愈發重要

電子信息產業網消息:

全球半導體產業蓬勃發展,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?在全球半導體供應緊張的背景下,業界該如何攻克缺“芯”難題?在SEMICON China2021上,我們似乎嗅到了未來半導體技術發展的兩個重要趨勢。

封裝重要性愈發凸顯 

當前,芯片制造工藝已經達到了5nm節點,逐漸逼近物理極限。中國工程院院士、浙江大學微納電子學院院長吳漢明在SEMICON China2021演講中談道,在后摩爾定律時代,業界已經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的性能以及如何在整個微系統上提升集成度。基于此,半導體產業鏈中封裝環節的價值與重要性愈發凸顯。

智能手機、汽車電子、5G、AI等新興市場對封裝環節提出了更高要求,使得封裝技術朝著系統集成、三維、超細節距互連等方向發展,因此先進封裝就成為封裝領域的重要發展趨勢。其中,SIP系統級封裝是當下最先進的一種主流封裝技術。據悉,該技術可將多顆不同功能的芯片整合到一個模塊當中,以實現一顆芯片兼具多種功能。SIP系統級封裝既可以克服芯片系統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集成的成本,是未來先進封裝領域最重要的技術趨勢之一。

先進封裝的另一個發展路徑是晶圓級封裝。長電科技首席執行長鄭力在接受記者采訪時表示,晶圓級封裝若要繼續向多維方向發展,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域向晶圓級封裝方向發展有非常大的幫助,因為晶圓廠擁有這方面的設備,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用和更具深度的技術創新方向發展。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展的兩大趨勢。佰維存儲智能終端存儲芯片事業部負責人劉陽認為,在存儲器封裝領域,超薄die(晶粒)與異構集成工藝是產業發展的主要動能。當前,先進封裝正在賦能萬物互聯,有望在射頻芯片、人工智能、物聯網、移動智能終端等多個領域大放異彩。

特色工藝擔當大任 

后摩爾定律時代,先進制程的研發陷入瓶頸。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)有限公司總經理羅鎮球曾這樣解釋特色工藝與芯片性能間的關系:“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,才能更好地發揮芯片的性能。”

近年來,新興技術帶動的新興市場對特色工藝的需求量持續暴漲。隨著半導體產業發展和終端應用的日益多樣化,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的半導體芯片種類而言,從制造成本、生產穩定性和交付可靠性等方面來看,特色工藝是更優的選擇。

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。興業證券數據顯示,83%的市場在10nm以上節點的創新空間巨大。現階段,國內企業雖然在先進制程的研發方面不占優勢,但特色工藝面向的廣闊市場同樣為國內企業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英寸產能,積極投身于特色工藝的研發中。此外,專注于差異化技術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點,相關技術基本成熟,市場正處于快速起量的臨界點。作為功率半導體最大的下游市場,新能源汽車將為以碳化硅為代表的功率半導體提供強勁且可持續的發展動力。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,汽車功率半導體市場逐漸成為發展最快的應用市場之一,動力系統電子化、車內網絡和ADAS系統等已成為推動該市場蓬勃發展的核心因素。

隨著功率器件重要性的日益提高,功率模塊的新設計與技術就變得十分關鍵。然而,如瀚薪科技CEO李傳英所說,VMOS(V型槽MOS場效應管)器件相比于UMOS(U型金屬氧化物半導體)器件的制程難度更大,非IDM廠商難以實現其二次外延生長的要求,導致目前沒有廠商能實現該產品的量產。

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