前辈封装技能有望主导集成电路封测市场。
6月21日，本月举行的2021天下半导体大会暨南京国际半导体展览会上，中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明表示，后摩尔时期中国必须在芯片封装技能方面寻求打破，尤其通过异构集成电路（Heterogeneous integration Circuits）路径，以遇上环球行业领先者。
吴汉明指出，随着摩尔定律可能达到其物理极限的后摩尔时期下，截止今年，芯片性能的年增长率已从2002年的57%高点降至3%，发展速率慢下来了，创新空间和追赶机会大，这意味着封装技能打破会给中国芯片家当更多的追赶机会。
详细来说，在2021天下半导体大会上，中国科学院院士、上海交通大学党委常委、副校长毛军发指出，“异构（原话是异质，但行业统一为异构）集成电路”是中国芯片封装家当可以保持行业领先地位的一个主要方法。
所谓异构集成电路，便是在同一个3D系统级封装(SiP)中，将不同工艺制造的硅和非硅器件集成到一个更高等别的系统。
毛军揭橥示，“异构集成电路是后摩尔定律时期芯片家当的新方向.......对中国来说，这也是一个迁移转变点，也是一个机遇。”
异构集成电路路径（来源：2021天下半导体大会）
吴汉明则在演讲中表示，“既然前辈工艺很难走，用户包括设计公司最关心的该当是系统性能。通过异构集成，海内开始有公司用40nm的工艺的芯片性能可以和与16nm相媲美，通过比较成熟的工艺做出比较前辈的系统，我以为这代表未来的技能延伸、技能发展方向。”
与两位院士不雅观点较为相似的还有英特尔。近日接管钛媒体App等采访时，英特尔组件研究集团封装系统研究总监约翰娜·斯旺(Johanna Swan)表示，异构集成电路是封装技能的未来趋势。
芯片生产末了一公里的核心步骤
芯片是在半导体材料上构建的一个繁芜的电路系统。因此，制造芯片是人类历史上最为繁芜的制造工艺。
一样平常来说，集成电路分成五大版块——设计、制造、封测（封装测试）、材料和装备。
芯片封测位于家当链下贱，是指通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程，是半导体生产的末了一公里。清华大学集成电路学院教授魏少军曾将“芯片封测”比喻成书本印刷的装订步骤，其具有主要浸染。
（来源：中科院发布的清华大学魏少军演讲视频截图）
芯片封测包括封装和测试。个中，芯片封装环节为安装半导体集成电路芯片用的外壳，是沟通芯片内部天下与外部电路的桥梁，为芯片的电旗子暗记和电源供应了一个着陆区，起到安顿、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的浸染。如果你拆开设备终端内部芯片、闪存部分，就会看到表面上的玄色硬壳，这便是芯片封装后的成果。
芯片封装在电子供应链中看似不起眼，却一贯在发挥关键浸染。作为芯片生产末了一公里的核心步骤，如果没有封装环节，就无法担保可用性，芯片也就难以出货发卖。
随着半导体在不断地在做小，尺寸已经缩小到了纳米量级，传统的热压、焊接封装芯片的技能方法已知足不了需求。在消费类电子产品轻、小、短、薄化的市场发展趋势下，输出入脚数大幅增加，使得3D封装、扇形封装(FO WLP/PLP)、微间距焊线技能，以及系统封装(SiP) 等技能的发展成为延续摩尔定律的最佳选择之一，半导体封测行业也在由传统封测向前辈封测技能过渡。
例如，通过名为SiP（System In a Package、系统级封装）的封装工艺，苹果的AirPods Pro可以将核心系统的体历年夜幅缩小，搭载各种繁芜的传感器和芯片，降落功耗；其余，苹果最新发布的AirTag蓝牙防丢器，通过前辈封装工艺，将苹果U1 UWB（超宽带）收发器等数十个传感器和芯片塞进硬币大小里面，与CR2032纽扣电池结合，实现超过一年的续航表现。AirTag成为了苹果史上最为创新的产品之一。
苹果AirTag的芯片封装成果（来源：IFixit）
这解释，封装不仅仅是制造过程的末了一步，它正在成为产品创新的催化剂。
进入摩尔定律新时期，英特尔加快布局前辈异构集成封装
1965年，英特尔（Intel）创始人戈登·摩尔提出了大名鼎鼎的“摩尔定律”。他通过不雅观察，预测到集成电路的集成度大概每过一年翻一番，后来又修正为每过18-24个月翻一番。
摩尔定律还指出，每代工艺与上一代比较，在面积不变的情形下，晶体管的数量翻一番；或者在晶体管数量不变的情形下，面积可以缩小到原来的二分之一；它的速率提升40%，功耗低落50%。我们称之为PPA，即Performance，Power，Area。
但随着时期的进步，算力需求不断增加，以及技能的不断提升，摩尔定律正面临包括物理极限、技能手段、经济本钱这三大寻衅。毛军发认为，芯片现在有两条紧张发展路线：一是延续摩尔定律；二是绕道摩尔定律。
在斯旺看来，摩尔定律如今已经进入到了新时期，英特尔将以跨晶体管、封装和芯片设计的协同优化进步，利用前辈多芯片封装（MCP）架构、前辈异构集成封装以及全新全方位互连技能（ODI）三个技能路径，坐稳后摩尔时期芯片龙头的上风地位。
英特尔封装技能路线图（来源：intel）
在前辈多芯片封装（MCP）部分，英特尔提出EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）2D封装和Foveros 3D堆栈封装技能，利用MDIO（英特尔自研的全新裸片间接口技能）和AIB（高等接口总线），高密度的互连实现高带宽、低功耗，并实现相称有竞争力的I/O密度。而且，英特尔提出Co-EMIB，让2D封装和Foveros 3D封装技能结合在一起，将更高的打算性能和能力连接起来，基本达到单晶片性能。
在前辈异构集成封装部分，英特尔自研了Hybrid Bonding（稠浊结合）封装技能，通过电气连接得到更高的载流能力，加速实现10微米及以下的凸点间距，通过单独IP的异构集成带来更大量的更小区块，供应更高的互连密度、带宽和更低的功率。现阶段这一技能可以运用于图像传感器和非易失落性存储器芯片等。
不过，稠浊结合封装技能的商业运用还局限于晶圆与晶圆之间的结合，并且只能在低能耗的系统中。斯旺提到，未来英特尔会将该技能扩展到晶片与晶圆的运用中，以支持芯粒（Chiplet）的灵巧异构集成和未来更高能耗的系统。
在全新全方位互连技能（ODI）部分，通过更小的硅通孔（TSV）晶片面积、直接供电、高带宽互连等手段，为封装中小芯片之间的全方位互连通信供应了更大的灵巧性，并减少了基底晶片中所需的硅通孔数量，为有源晶体管开释了更多的面积，并优化了裸片的尺寸。斯旺称，这是封装技能的一个新维度。
早在2018年，英特尔就制订了一项封装愿景（操持）：开拓和拥有一种技能，能够在一个封装内连接芯片（Chip）和芯粒（Chiplet），希望在不捐躯速率的情形下使小型设备协同事情，以使其与单晶片系统级芯片（SoC）的性能，能效和成本相匹配，以低功耗实现高带宽。而这一操持，如今正通过研发上述多个技能稳步推进中，英特尔希望在后摩尔时期中持续保持领先地位。
斯旺强调，随着制造、封装、测试的逐步领悟趋势，上述技能共同为英特尔供应了向上和向外扩展异构打算元素的架构功能，实现算力的指数级提升。
后摩尔时期，芯片封装技能须冲要破
不止是英特尔，半导体行业人士均认为，异构集成电路这一前辈封装技能路径是后摩尔时期新的打破方向。
在2021天下半导体大会上，环球领先的集成电路制造和技能做事供应商“长电科技”首席实行长郑力在演讲中指出，利用异构集成电路这一技能路径，前辈封装可以将集成电路组合成一个功能强大的半导体芯片，将有助于拓展摩尔定律。
“不只是AMD，台积电也好，英特尔也好，国际头部企业都在积极布局异构集成，在半导体后道技能上发力实现一个是集成的问题，一个是高密度互连的问题，确实在业界后摩尔定律时期，大家用不同路子连续提升芯片集成度。”郑力表示，前辈封装逐渐成为集成电路芯片成品制造家当的关键工艺技能之一。
事实上，中国芯片封装业是全体半导体家傍边发展最早的，也是处于领先地位。根据中国半导体行业协会数据，2004年至今，中国半导体封测行业一贯保持高速发展，年复合增长率为15.8%。而2015年并购新加坡星科金朋的江苏长电科技，规模已经跻出生界第三。
不过，当前中国封装企业大多以传统封装技能为主，前辈封装技能水平与国际领先水平仍有一定差距。只管中国封测四强（长电、通富、华天、晶方）通过自主研发和吞并收购，快速积累前辈封装技能，但根据公开数据显示，2018年中国前辈封装营收占中国集成电路封测总营收的25%，远低于环球41%的比例。
只管如此，中国作为环球最大集成电路市场的地位不能被忽略。在2021天下半导体大会上，工业和信息化部电子信息司司长乔跃山表示，2020年中国集成电路家当规模达到8848亿元，“十三五”期间年均增速近20%，为环球同期增速的4倍。同时，中国集成电路家当在技能创新与市场化上取得了显著打破，设计工具、制造工艺、封装技能、核心设备、关键材料等方面都有显著提升。
毛军发认为，中国要冲破集成电路传统“路”的思路，我们向场的演化，场的结合，进行多学科交叉，包括电子科学与技能、物理学特殊是人工智能对电路的设计，须要力学、化学、材料等等多学科交叉开展研究。
针对中国如何提升前辈封装技能，斯旺对钛媒体App表示：“总的来说，要认识到封装是一个差异化（上风）区两全分。关键是客户。我们真的在努力做事并供应独特的办理方案（给客户），这也推动了我们关注的技能。 以是我认为机会在于，随着我们连续为客户供应做事，他们的产品需求在不断进化，这才是真正推动封装须要转变的缘故原由。 我想回答这个问题的一种方法是技能会到来，这些技能进步会随着我们的客户希望的差异化需求而涌现。”
（本文首发钛媒体App，作者｜林志佳）
