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半导体

两个“芯”趋势愈发重要

全球半导体产业蓬勃发展,先进封装在其中凸显了什么价值?特色工艺起到了何种作用?在全球半导体供应紧张的背景下,业界该如何攻克缺“芯”难题?在SEMICON China2021上,我们似乎嗅到了未来半导体技术发展的两个重要趋势。

封装重要性愈发凸显

当前,芯片制造工艺已经达到了5nm节点,逐渐逼近物理极限。中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明在SEMICON China2021演讲中谈道,在后摩尔定律时代,业界已经不再单纯地只以线宽、线距和集成度的尺寸来“论英雄”,而是更多地考虑如何提升系统的性能以及如何在整个微系统上提升集成度。基于此,半导体产业链中封装环节的价值与重要性愈发凸显。

智能手机、汽车电子、5G、AI等新兴市场对封装环节提出了更高要求,使得封装技术朝着系统集成、三维、超细节距互连等方向发展,因此先进封装就成为封装领域的重要发展趋势。其中,SIP系统级封装是当下最先进的一种主流封装技术。据悉,该技术可将多颗不同功能的芯片整合到一个模块当中,以实现一颗芯片兼具多种功能。SIP系统级封装既可以克服芯片系统集成过程中面临的工艺兼容、信号混合、噪声干扰和电磁干扰等问题,还可以降低芯片系统集成的成本,是未来先进封装领域最重要的技术趋势之一。

先进封装的另一个发展路径是晶圆级封装。长电科技首席执行长郑力在接受记者采访时表示,晶圆级封装若要继续向多维方向发展,比如2D、2.5D、3D方向,就必然会与晶圆厂进行合作。郑力表示,这是因为晶圆厂具备在晶圆上进行TSV(硅通孔)工艺制造的能力。在硅转接板时,晶圆厂也能做Silicon Interposer(硅中介层),即高密度布线的晶圆。而封测厂则要进行RDL(晶圆重布)的过程,之后再把布线在封测的层次上进行高密度重新整合。

郑力向记者指出,晶圆厂在晶圆上的工艺更加先进,这一点对封装测试领域向晶圆级封装方向发展有非常大的帮助,因为晶圆厂拥有这方面的设备,也擅长这方面的工艺。“晶圆厂与封装厂的配合,会加速晶圆级封装向更加广泛的应用和更具深度的技术创新方向发展。我们非常愿意看到双方有这样的互动。”郑力说道。

微型化和集成化也是先进封装发展的两大趋势。佰维存储智能终端存储芯片事业部负责人刘阳认为,在存储器封装领域,超薄die(晶粒)与异构集成工艺是产业发展的主要动能。当前,先进封装正在赋能万物互联,有望在射频芯片、人工智能、物联网、移动智能终端等多个领域大放异彩。

特色工艺担当大任

后摩尔定律时代,先进制程的研发陷入瓶颈。相对而言,特色工艺(如MEMS、射频、高电压和电源管理等)不完全追求器件尺寸的缩小,具备非尺寸依赖、工艺相对成熟等优势,是后摩尔定律时代提升芯片性能的“利器”。台积电(南京)有限公司总经理罗镇球曾这样解释特色工艺与芯片性能间的关系:“如果把芯片的功能比作意欲传递的信号,特色工艺就是传递信号的WiFi,所以只有不断推进特殊工艺,才能更好地发挥芯片的性能。”

近年来,新兴技术带动的新兴市场对特色工艺的需求量持续暴涨。随着半导体产业发展和终端应用的日益多样化,市场对差异化工艺的需求也水涨船高。尤其对于智能卡、电源管理芯片和分立器件这些占绝对多数的半导体芯片种类而言,从制造成本、生产稳定性和交付可靠性等方面来看,特色工艺是更优的选择。

正如吴汉明在会上所言,特色工艺在后摩尔定律时代大有可为。兴业证券数据显示,83%的市场在10nm以上节点的创新空间巨大。现阶段,国内企业虽然在先进制程的研发方面不占优势,但特色工艺面向的广阔市场同样为国内企业搭建了大展拳脚的舞台。目前,中芯国际大力扩充在天津、深圳、宁波、绍兴等地的8英寸产能,积极投身于特色工艺的研发中。此外,专注于差异化技术晶圆代工的华虹宏力也已建立了多个差异化的工艺平台,包括嵌入式非易失性存储器(eNVM)、功率分立器件(discrete)、模拟和电源管理IC、射频(RF)等。

值得一提的是,碳化硅(SiC)大功率器件是特色工艺市场的一个重要爆发点,相关技术基本成熟,市场正处于快速起量的临界点。作为功率半导体最大的下游市场,新能源汽车将为以碳化硅为代表的功率半导体提供强劲且可持续的发展动力。闻泰科技副总裁吴友文表示,近年来,在汽车电子化的大趋势下,汽车功率半导体市场逐渐成为发展最快的应用市场之一,动力系统电子化、车内网络和ADAS系统等已成为推动该市场蓬勃发展的核心因素。

随着功率器件重要性的日益提高,功率模块的新设计与技术就变得十分关键。然而,如瀚薪科技CEO李传英所说,VMOS(V型槽MOS场效应管)器件相比于UMOS(U型金属氧化物半导体)器件的制程难度更大,非IDM厂商难以实现其二次外延生长的要求,导致目前没有厂商能实现该产品的量产。

责任编辑:张依依


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