摩爾時(shí)代集成電路發(fā)展的三大支撐技術(shù)使得后摩爾定律得以繼續(xù)

近日，華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先進(jìn)技術(shù)研發(fā)中心有限公司副總經(jīng)理秦舒表示，摩爾定律的延伸受到物理極限、巨額資金投入等多重壓力，迫切需要新的技術(shù)延續(xù)工藝進(jìn)步，通過(guò)先進(jìn)封裝集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高密度集成、體積微型化和更低的成本，使得“后摩爾定律”得以繼續(xù)。

而采用以TSV為核心的高密度三維集成技術(shù)（3D IC）是未來(lái)封裝領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，3D IC與CMOS技術(shù)和特色工藝一起，構(gòu)成后摩爾時(shí)代集成電路發(fā)展的三大支撐技術(shù)。

封裝要貼近技術(shù)發(fā)展的需求，封裝要貼近市場(chǎng)的需求和應(yīng)用的需求，而面向物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、毫米波、光電子領(lǐng)域的特色制造技術(shù)和定制化封裝工藝，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)集成電路特色引領(lǐng)的戰(zhàn)略選擇。過(guò)去我們談封裝，大家看的比較多是我有幾條腿引出來(lái)，現(xiàn)在都是定制化了，不是給你幾條腿，現(xiàn)在多一點(diǎn)的是128條腿，甚至可以做到幾千個(gè)腳、幾千個(gè)引線(xiàn)，這就是定制化設(shè)置，根據(jù)需求設(shè)置，這就是封裝貼近技術(shù)發(fā)展的需求。

現(xiàn)在應(yīng)用很多，也相應(yīng)的要求封裝多元化。比如人工智能、高性能計(jì)算，要求封裝的類(lèi)型是3D SRAM的ASIC，還有終端可擴(kuò)展計(jì)算系統(tǒng)。比如數(shù)據(jù)中心，需要的封裝是包含HBM、ASIC和3D SRAM的大尺寸2.5D封裝，包含L3緩存分區(qū)的分離芯片的3D ASIC，包含多個(gè)光纖陣列的硅光子MCM。比如汽車(chē)電子，需求是駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）雷達(dá)設(shè)備的扇出封裝，電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中使用的MCU、電源管理系統(tǒng)的WB和IGBT封裝模組。比如5G射頻、毫米波，對(duì)于封裝的要求是包含多款異質(zhì)芯片的多芯片模組（例如LNA、PA、Switch和濾波器等），包含TSV Last工藝的3D集成以及集成天線(xiàn)和被動(dòng)元器件需求。

TSV先進(jìn)封裝市場(chǎng)預(yù)測(cè)。預(yù)計(jì)2022年TSV高端產(chǎn)品晶圓出片量為60多萬(wàn)片；盡管數(shù)量有限，但由于晶片價(jià)值高，仍能產(chǎn)生高收入。而高帶寬存儲(chǔ)器（HBM）正在成為大帶寬應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。智能手機(jī)中成像傳感器的數(shù)量不斷增加，計(jì)算需求不斷增長(zhǎng)，促使3D SOC市場(chǎng)擴(kuò)增。預(yù)計(jì)未來(lái)五年，12寸等效晶圓的出貨數(shù)量將以20％的CAGR增加，從2016年的1.3M增加到2022年的4M。TSV在低端產(chǎn)品中的滲透率將保持穩(wěn)定，其主要增長(zhǎng)來(lái)源是智能手機(jī)前端模塊中的射頻濾波器不斷增加，以支持5G移動(dòng)通信協(xié)議中使用的不同頻帶。

2.5D Interposer市場(chǎng)前景。TSV Interposer是一種昂貴而復(fù)雜的封裝工藝技術(shù)，成本是影響2.5D市場(chǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵因素，需要進(jìn)一步降低封裝或模塊的總體成本。2016年到2022年，3D硅通孔和2.5D市場(chǎng)復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)20%；截至2022年，預(yù)計(jì)投產(chǎn)400萬(wàn)片晶圓。其市場(chǎng)增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自高端圖形應(yīng)用、高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心對(duì)3D存儲(chǔ)器應(yīng)用的需求增長(zhǎng)，以及指紋識(shí)別傳感器、環(huán)境光傳感器、射頻濾波器和LED等新應(yīng)用的快速發(fā)展；由于TSV Less 低成本技術(shù)的發(fā)展，2021年TSV Interposer市場(chǎng)的增速放緩，部分TSV Less技術(shù)將逐步替代TSV Interposer以實(shí)現(xiàn)2.5D；但部分市場(chǎng)預(yù)測(cè)，TSV Less技術(shù)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化將會(huì)延遲；同時(shí)，為滿(mǎn)足高性能計(jì)算市場(chǎng)，對(duì)TSV Interposer的需求持續(xù)增長(zhǎng)。TSV Interposer將繼續(xù)主導(dǎo)2.5D市場(chǎng)，像TSMC&UMC這樣的參與者將擴(kuò)大產(chǎn)能以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求?？傮w來(lái)看，TSV Interposer 仍具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

總結(jié)來(lái)看，目前約75%左右的異質(zhì)異構(gòu)集成是通過(guò)有機(jī)基板進(jìn)行集成封裝，這其中大部分是SiP。余下的約25%是采用其他基板實(shí)現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)集成，這其中包含了硅轉(zhuǎn)接板、fanout RDL以及陶瓷基板等。隨著集成電路制造工藝節(jié)點(diǎn)的不斷提高，成本卻出現(xiàn)了拐點(diǎn)，無(wú)論從芯片設(shè)計(jì)、制造的難度，還是成本，多功能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)越來(lái)越需要SiP和異質(zhì)異構(gòu)集成。隨著人工智能和5G的發(fā)展，系統(tǒng)追求更高的算力、帶寬，芯片的尺寸和布線(xiàn)密度也都在不斷提高，使得2.5D封裝的需求開(kāi)始增加。2.5D系統(tǒng)集成封裝涉及的技術(shù)和資源包含前道晶圓工藝、中道封裝工藝和后道組裝工藝，是很復(fù)雜的集成工藝，目前掌握全套技術(shù)的公司較少。