先进封装,半导体的新战场

2023-06-19

摩尔定律的发展面临着物理极限与高额投资的双重挑战,亟需开拓创新路径以维系技术进步的步伐。借助于高级封装集成工艺,能够更便捷地实现高密度集成、尺寸微细化,并显著降低生产成本。封装领域将承担起在集成电路系统集成中更为关键的角色,同时对产业的整体格局产生深远的影响。

随着先进封装技术的深入发展,集成电路产业将迎来一系列崭新的趋势和变革。先进封装集成的推进不仅重塑了产品形态,而且对整个行业产生了革命性的影响,预示着未来集成电路领域将展现出前所未有的风貌与可能性。

在当前社会的大背景下,我们见证了前所未有的技术创新与应用爆发,这其中包括了移动设备、大数据、人工智能、5G通信、高性能计算、物联网、神绝智能汽车以及智能工业等领域,均呈现出飞速发展的态势。随着这些尖端技术与应用的不断推进,对底层芯片技术提出了更为苛刻的要求。

依据麦姆斯咨询的深度分析,支撑这些新兴趋势所需的电子硬件,必须具备高超的计算能力、迅捷的速度、更大的带宽、极低的延迟、低功耗、扩展的功能性、丰富的内存容量、系统级的集成能力、高度精确化的传感器以及无可忽视的成本优势。这些新型驱动因素不仅为各个封装平台带来了前所未有的机遇与挑战,而且也对封装技术提出了更高的期待。

在满足各种性能需求及复杂异构集成方面,先进封装技术展现出其独特的优势和潜力,成为理想的解决方案。通过实现高效能、优化的系统架构以及创新的材料应用,先进封装技术能够有效应对日益增长的市场需求和技术挑战,从而为未来的技术发展铺平道路,并促进各个领域的深度融合与协同创新。

系统级封装技术集成了一个或多个集成电路芯片以及被动元件于单一模块之中,以此构建出功能完备的电路集成体系。采用SiP方案能够有效降低整体成本,并加速产品推向市场的速度,同时解决SoC设计中面临的工艺不兼容、信号融合、噪声干扰及电磁兼容性等多重挑战。

三度封装借助于晶圆级互连工艺,实现了芯片间的精密集成与连接,此举不仅确保了高度集约化的空间利用,同时也兼顾了高功能芯片对于轻量化、薄型化、高性能输出及能效比优化的需求,并且在成本控制上展现出显著优势。因此,在半导体制造领域中,该封装方法被广泛认同为最具潜力的解决方案之一。

在市场需求和技术创新的双重驱动下,先进封装技术的研发与应用日益繁盛,这促使先进封装市场所占份额显著攀升。根据统计资料,自2017年至2023年间,整个半导体封装市场的收入将遵循5.2%的年均复合增长率增长,而先进封装行业则将以更快速度,即7%的年均复合增长率发展,预计到2023年其市场规模将壮大至490亿美元。与此形成对比的是,传统封装市场仅展现出稍逊一筹的增长态势,其复合年增长率低于3.3%,彰显出先进封装技术的引领之势和未来潜力。

伴随先进封装技术的革新与市场规模的壮大,此领域正日益深刻地重塑着集成电路产业的整体结构和布局。首先,中端制造流程崭露头角并逐步实现规模化生产。在传统封装工艺转型至现代化阶段之际,诸如凸块、再布线和硅通孔等突破性中端技术应运而生,并迅速占据主导地位。

中芯长电半导体的首席执行官崔东指出,单纯依靠缩小线路宽度已难以同时满足性能、能耗、面积以及信号传输速度等方面的需求。在此背景下,业界开始将焦点转向系统层面寻求解决方案,尤其是通过先进级封装技术,将不同工艺代的技术节点裸片集成于同一片硅片之上,以兼顾并优化性能、能耗和传输速度的平衡。这一创新举措催生了芯片间在硅片层面上进行互联的需求,进而推动凸块、再布线和硅通孔等中端制造技术的蓬勃发展。

中段硅片加工的兴起不仅颠覆了传统上将前端与后端晶圆制造分割开来的模式,更是在产业格局层面注入了新的活力与创新动力。

在制造与封装领域之间,形成了一种新型的竞争与合作格局。得益于先进封装技术所孕育出的中段工艺,封装测试行业与晶圆制造业之间的纽带日益紧密,这一趋势不仅为双方带来了增长机遇,同时也伴随着新的挑战。中段封装的兴起势必将对晶圆制造或是封测业的市场份额产生挤压效应。

值得注意的是,部分领先的晶圆厂已开始增加在中段封装工艺方面的投入。凭借其技术与资本的优势,这些企业将对传统封测厂构成显著的竞争压力。相较于专注于晶圆制造的传统重资产领域,传统的封测厂商往往拥有较轻的资产结构。然而,在引入了中端封装流程后,设备资产比例明显上升,这使得封测业在进行先进技术研发和产能扩张时,面临着更为巨大的资金需求挑战。

近年来,中国在集成电路封装测试领域取得了显著的繁荣增长,并实现了快速进步,但业界亦公认,整体技术水平仍存在局限性。莫大康先生,资深半导体专家深谙此道,主张国家应当高度重视集成电路产业,并积极促进先进封装技术的发展,其见解尤为精辟。事实上,中国的封装测试业可追溯至集成电路三大支柱行业中的早期阶段,发展势头较为强劲,与国际领先水平之间的差距相对较小,这为其壮大提供了坚实的基础和充足的潜力。

华进半导体总经理曹立强近期在研讨会上强调,为加速构建国内EDA软件与芯片设计、制造及封装测试至整机应用的全链路集成电路产业虚拟IDM生态体系,将市场需求作为驱动内核,以此促进我国集成电路封测行业迅猛崛起。由此观之,集成电路领域的较量实则聚焦于产业链整体实力的竞争,而高端封装技术的进步则需基于工艺、设备与材料的多维度协同创新。

在当前的技术变迁与竞争格局中,集成电路行业的核心竞争力已日益体现在全产业链的实力较量上。近数年间,国际领先的半导体制造商不遗余力地向高端工艺领域加速迈进,在巨大的资本投入和产能扩张的推动下,众多大型晶圆厂不仅掌握了先进的制造技术,而且拥有了全面的精密封装生产能力。

为了应对当前的行业挑战,曹立强强调了对若干核心技术领域进行重点投资与创新的必要性,包括但不限于高密度封装的关键工序、三维封装的核心技术、多芯片层次化集成的关键技术以及系统级封装的关键技术等。旨在构建一个以实践为导向、注重成果转化、具备多重功能并处于行业前沿水平的虚拟集成电路设计制造一体化产业链。这一举措的目的是攻克集成电路领域内的关键技术难题,有效克服技术壁垒,推动整个行业的持续进步与创新。

在当前芯片供需紧张的大背景下,IGBT和MEMS等尖端组件需求持续攀升。全球范围内正积极倡导节能减排并大力支持节能技术的研发与生产,这为整个能效产业开辟了前所未有的机遇之窗。中国光伏太阳能行业的前景尤其令人瞩目,目前正处于快速成长的初级阶段,但不久的将来必将在先进半导体产品的市场上迎来一场爆发式的增长。

在这个关键时期,预计会有更多创新和优化的技术涌现,推动我国光伏太阳排产品市场实现飞跃式的发展。随着技术进步、政策支持以及市场需求的增长,我们可以预期这个领域将迎来前所未有的活力与机遇。这种快速发展不仅将极大地促进能源产业的转型,还将带动整个上下游产业链的繁荣。从长远来看,这一趋势无疑将在全球范围内引领一股绿色科技的新潮流,并对推动可持续发展产生深远的影响。

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