芯耀
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隨著摩爾定律演進乏力，AI、汽車和5G等新興應用的發(fā)展，以及單片芯片制程微縮化向異構(gòu)集成的轉(zhuǎn)變，都推動著對先進封裝的需求。據(jù)相關機構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2024年先進半導體封裝市場的價值達到180.9億美元，預計到2031年將增至298億美元，預測期內(nèi)的復合年增長率為7.5%。
近期，在上海交通大學集成電路行業(yè)校友會、上海張江高科技園區(qū)開發(fā)股份有限公司主辦，合作伙伴中國農(nóng)業(yè)銀行上海市分行協(xié)辦的《先進封裝技術(shù)研討會》上，業(yè)界精英齊聚一堂，從設備、材料、工藝等方面共同探討了先進封裝技術(shù)的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)。
此次論壇由上海交通大學集成電路校友會副秘書長，原晶方科技副總裁劉宏鈞主持，上海交通大學集成電路校友會執(zhí)行會長，季豐電子董事長兼總經(jīng)理鄭朝暉、上海交通大學集成電路學院常務副院長郭小軍，以及張江高科黨委委員，副總經(jīng)理趙海生出席會議并致辭。
趙海生先生表示，張江高科作為張江科學城的產(chǎn)業(yè)資源組織者、產(chǎn)業(yè)生態(tài)引領者，一直都致力于打造完善的集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)，為企業(yè)提供全方位的支持與服務。在去年ICCAD開幕上，我們成立了浦東集成電路產(chǎn)業(yè)服務平臺公司——張江浩芯，這是我們向?qū)I(yè)化產(chǎn)業(yè)服務的一次探索。我們也將持續(xù)打造“芯校友”品牌活動，著力構(gòu)建常態(tài)化產(chǎn)業(yè)交流平臺。我們誠摯邀請廣大校友將更多優(yōu)質(zhì)活動放在張江，我們會全力做好配套支持與服務工作，與大家共同譜寫集成電路產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新篇章。
先進封裝類型
目前，業(yè)界對于先進封裝還沒有一個明確的定義。它的分類方式也不統(tǒng)一。如果按類型細分，則先進封裝可分為扇出型晶圓級封裝（FOWLP），扇入型晶圓級封裝（FIWLP）、倒裝芯片（FlipChip）,以及2.5D/3D封裝；按應用領域細分，則可以分為電信、汽車、航空航天與國防、醫(yī)療設備，以及消費電子等。
上海易卜半導體創(chuàng)始人李維平在其主題為《先進封裝技術(shù)發(fā)展趨勢》的演講中，也對先進封裝技術(shù)從廣義上進行了分類，他認為，先進封裝技術(shù)可分為五個大類，分別為晶圓級封裝、2.5D/3D封裝、系統(tǒng)級封裝（SiP）、埋入式封裝，以及板級封裝。
而從狹義上來看，先進封裝的“先進”，是指封裝技術(shù)朝著高度集成、三維立體、超細間距互連等方向發(fā)展。
推進先進封裝市場增長的主要因素
隨著價值創(chuàng)造從前端制程微縮化轉(zhuǎn)向后端集成，先進封裝市場有望在2030年前實現(xiàn)強勁的兩位數(shù)增長。對異構(gòu)小芯片架構(gòu)、高帶寬內(nèi)存堆棧、超薄扇出模塊以及汽車級電源封裝的需求正在不斷擴大。盡管基板和設備供應趨緊，但5G網(wǎng)絡的持續(xù)密集化建設、云人工智能的加速發(fā)展以及電動汽車的普及，使得產(chǎn)品銷量不斷上升，平均售價也在逐步提高。
由于可持續(xù)發(fā)展目標傾向于采用良率高的已知合格芯片組裝方式，并且各國政府支持提升區(qū)域供應鏈彈性，先進封裝市場的增長速度將超過整個半導體行業(yè)的平均水平，鞏固了先進封裝在芯片價值鏈中作為性能和盈利能力主要驅(qū)動力的地位。
李維平認為，算力和功能集成是先進封裝的主要應用場景，這意味著對于算力和功能集成需求高的領域，將是推動先進封裝技術(shù)增長的主要驅(qū)動力，如AI和機器學習、虛擬和增強現(xiàn)實、遙控智能，以及自動駕駛等領域。
盛美半導體工藝副總裁賈照偉在題為《三維芯片集成領域電鍍技術(shù)的挑戰(zhàn)和機遇》的演講中也表示，AI應用將是先進封裝技術(shù)發(fā)展的主要推動力。
設備、工藝和材料，國內(nèi)先進封裝領域需克服的挑戰(zhàn)
目前，先進封裝領域的主要玩家多為國際廠商，如臺積電、三星、英特爾等。李維平表示，尤其是臺積電，它是先進封裝領域絕對的霸主，并逐漸走向技術(shù)體系化。而英特爾在先進封裝領域也是長期高強度投入，開發(fā)了不少新技術(shù)；但受公司總體文化及業(yè)績影響，不少技術(shù)沒有獲得大規(guī)模應用，投入產(chǎn)出效益不理想。三星的先進封裝技術(shù)基本都以‘CUBE’命名”，他戲稱他們?yōu)椤婺Х健?。三星在板級制造方面重點投入，但大規(guī)模量產(chǎn)仍然需要假以時日。
在主流先進封裝領域，中國的玩家很少，想要趕上先進封裝技術(shù)的發(fā)展潮流，中國的先進封裝產(chǎn)業(yè)還需從設備、工藝和材料方面加大研發(fā)力度。
在先進封裝設備領域，國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的半導體設備廠商，如盛美半導體。成立于1998年的盛美半導體，最初專注于創(chuàng)新清洗設備的研發(fā)，后將業(yè)務范圍擴展至電鍍、顯影，以及涂膠等應用于先進封裝領域的設備。
受AI應用等場景的驅(qū)動，3D芯片封裝集成技術(shù)正迅速發(fā)展。2.5D、3D、HBM技術(shù)以及Chiplet等，都需要整合不同功能的芯片，以實現(xiàn)更強大的功能。這就對互連技術(shù)提出了更高要求。
互連形式多種多樣，一直在發(fā)展，要求也越來越高?；ミB尺寸跨度從幾百微米，到幾百納米，目前已經(jīng)到了亞微米的互連階段。這對電鍍設備也提出了不同的需求。
賈照偉表示，目前應用于先進封裝的濕法電鍍設備的研發(fā)面臨著諸多挑戰(zhàn)，主要從兩個方面來看，一是硬件和晶圓處理，包括晶圓翹曲處理（>+/-5mm翹曲），對于極細間距RDL和TSV的預濕能力，電鍍腔和夾盤的設計，以及可能轉(zhuǎn)向面板級封裝帶來的挑戰(zhàn)；二是工藝方面，包括高深寬比TSV孔內(nèi)清洗、高深寬比TSV電鍍，以及Chip-let flux clean填料之前的助焊劑清洗等。
對此，盛美半導體都進行了差異化的專利布局，開發(fā)了一系列的產(chǎn)品和設備幫助國產(chǎn)先進封裝產(chǎn)業(yè)應對上述挑戰(zhàn)。
除了設備之外，材料也是先進封裝技術(shù)發(fā)展的‘重中之重’。在波米科技有限公司首席科學家兼副總經(jīng)理李銘新的題為《先進封裝用光敏性聚酰亞胺涂層材料現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及應用》的演講中，李銘新借用了鄔江興院士在2025年Chiplet聯(lián)盟會上說的一句話，即目前的國內(nèi)半導體行業(yè)是‘一流設計、二流裝備、三流材料’。這一句話透著無奈，但也是國內(nèi)業(yè)界不得不面對的現(xiàn)狀。
在半導體材料領域，目前的市場主要由國外廠商把持。以聚酰亞胺為例，它在半導體封裝中可作為永久性結(jié)構(gòu)材料，是關鍵性的核心材料，但目前國產(chǎn)化的進展最慢。李銘新表示：“由于國外公司的產(chǎn)品應用時間長，技術(shù)性能成熟，所以長期壟斷市場。而國內(nèi)廠商則由于產(chǎn)品需要應用驗證等問題，舉步維艱，目前占據(jù)的市場份額幾乎可以忽略不計。”
李銘新表示：“國內(nèi)材料公司需要破解‘雙壁壘’難題，即技術(shù)壁壘和市場壁壘?！眹鴥?nèi)廠商需要提高產(chǎn)品的綜合性能（可靠性），不斷進行積累，同時也要提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性；此外，材料產(chǎn)品的驗證周期都比較長，投入也大，這是需要企業(yè)克服的關鍵性問題。李銘新表示：“哪怕同一產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過同一個客戶的驗證，下一個公司使用時還需重新驗證。對于國內(nèi)廠商來說，驗證關是路、長、且、阻?！?/p>
李銘新將材料發(fā)展比作是破解先進封裝供應鏈上的“達摩克利斯之劍”，幫助實現(xiàn)國內(nèi)材料的可用、能用和夠用。
先進封裝技術(shù)中還有一個重要的工藝是晶圓鍵合技術(shù)，SUSS中國公司總經(jīng)理龔里在其題為《晶圓鍵合-半導體材料、工藝及封裝領域不可缺少的工具》的演講中詳細分享了晶圓鍵合技術(shù)的分類，以及各類晶圓鍵合技術(shù)的特點和應用領域等。
龔里將晶圓鍵合技術(shù)分為三大類，即永久鍵合技術(shù)、臨時鍵合技術(shù)，以及混合鍵合。其中，混合鍵合因其能夠提供芯片間最短的垂直連接，同時優(yōu)化熱學、電氣和可靠性等特點而被給予厚望?；旌湘I合也具備諸多核心優(yōu)勢，包括亞微米間距的互連、高帶寬、高效的功率利用，以及相較于焊球連接的優(yōu)越縮放性。但成本仍是目前限制其廣泛應用的一大挑戰(zhàn)。龔里表示：“對準也是混合鍵合技術(shù)發(fā)展所面臨的一個難題?！弊詈螅徖镆步ㄗh關注一個新的技術(shù)——銅納米線，它對晶圓表面沒有特別要求，在室溫下就可實現(xiàn)。他表示：“這一新技術(shù)可能會在3-5年后替代混合鍵合?！?/p>
量測檢測也是先進封裝過程中非常重要的一步。上海點莘技術(shù)創(chuàng)始人兼總經(jīng)理石維志在其題為《尺寸決定一切：面向高密度互聯(lián)工藝的量測檢測》演講中分享了對于先進封裝技術(shù)量測檢測的關鍵和面臨的一些挑戰(zhàn)。
他表示：“對于高性能存儲/計算先進封裝而言，I/O互連密度是關鍵。隨著先進封裝技術(shù)的不斷推進，互連密度也不斷增加，不管是在水平方向上，還是垂直方向上?！?/p>
相較于前道晶圓的量測檢測，先進封裝量測檢測在檢測目標、檢測對象、材料兼容性、精度與結(jié)構(gòu)復雜度、檢測技術(shù)路徑，以及成本方面都存在較大差異。先進封裝技術(shù)中的fine RDL、micro bump，以及混合鍵合等工藝都需要新的量測檢測手段。AI 算法在先進封裝復雜缺陷模式識別中，也可以發(fā)揮獨特作用。
目前中國在最高端的2.5D/3D先進封裝領域發(fā)展缺乏足夠的生態(tài)支持。受限于先進制程芯片短缺的結(jié)構(gòu)性問題，大部分封裝公司并沒有足夠的需求驅(qū)動迭代優(yōu)化高端先進封裝工藝，大部分先進封裝的產(chǎn)能是在 FCBGA 及 Fan in 產(chǎn)品上。
石維志提到在MicroLED 這一“另類先進封裝”， 將多顆 MicroLED芯片及MicroIC驅(qū)動芯片用Fan out工藝互聯(lián)成MIP chiplet。其芯片電極小于10um，尺寸精度已經(jīng)超過眾多先進封裝產(chǎn)品。MicroLED催生的巨量轉(zhuǎn)移、去襯底超薄芯片等工藝，有可能反哺半導體；也啟發(fā)成熟制程芯片的電極微縮化，從wire bond的50um尺寸電極，縮小到10um的電極，因而可以用更先進制程實現(xiàn)芯片面積的縮小，再以高密度chiplet封裝的形式實現(xiàn)成本大幅降低。
結(jié)語
先進封裝已成為后摩爾時代半導體產(chǎn)業(yè)突破性能瓶頸、釋放集成創(chuàng)新潛力的核心引擎。AI算力爆發(fā)、汽車電動化轉(zhuǎn)型與5G網(wǎng)絡深化應用，正驅(qū)動這一市場以超越行業(yè)均值的速度擴容，技術(shù)迭代則圍繞異構(gòu)集成、三維堆疊與超細互連持續(xù)演進。
然而，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)仍面臨設備精度、材料穩(wěn)定性與生態(tài)協(xié)同的多重挑戰(zhàn)，需在工藝研發(fā)、產(chǎn)線驗證與跨領域協(xié)作中突破“卡脖子”環(huán)節(jié)。國內(nèi)先進封裝產(chǎn)品需要以創(chuàng)新鏈串聯(lián)設備、材料與制造端能力，才能在這場算力與集成度的雙重競賽中，夯實產(chǎn)業(yè)升級的底層根基，為“中國芯”進階之路開辟更廣闊空間。
上海交通大學集成電路校友會聯(lián)合張江高科，以及農(nóng)業(yè)銀行為銀行代表，積極為先進封裝行業(yè)賦能。憑借校友會在集成電路領域深厚的人脈與資源，聯(lián)動學校、產(chǎn)業(yè)、資金，為相關企業(yè)搭建起產(chǎn)學研合作橋梁，助力企業(yè)攻克技術(shù)難題、擴大生產(chǎn)規(guī)模。同時，為年輕的工程師提供更多職業(yè)發(fā)展機遇與培訓交流平臺，全方位推動先進封裝行業(yè)發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展注入強勁動力。
