芯耀
658
隨著摩爾定律演進(jìn)乏力，AI、汽車和5G等新興應(yīng)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(dòng)著對(duì)先進(jìn)封裝的需求。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2024年先進(jìn)半導(dǎo)體封裝市場(chǎng)的價(jià)值達(dá)到180.9億美元，預(yù)計(jì)到2031年將增至298億美元，預(yù)測(cè)期內(nèi)的復(fù)合年增長(zhǎng)率為7.5%。
近期，在上海交通大學(xué)集成電路行業(yè)校友會(huì)、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(guó)農(nóng)業(yè)銀行上海市分行協(xié)辦的《先進(jìn)封裝技術(shù)研討會(huì)》上，業(yè)界精英齊聚一堂，從設(shè)備、材料、工藝等方面共同探討了先進(jìn)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(xué)集成電路校友會(huì)副秘書長(zhǎng)，原晶方科技副總裁劉宏鈞主持，上海交通大學(xué)集成電路校友會(huì)執(zhí)行會(huì)長(zhǎng)，季豐電子董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理鄭朝暉、上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)郭小軍，以及張江高科黨委委員，副總經(jīng)理趙海生出席會(huì)議并致辭。
趙海生先生表示，張江高科作為張江科學(xué)城的產(chǎn)業(yè)資源組織者、產(chǎn)業(yè)生態(tài)引領(lǐng)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(wù)。在去年ICCAD開幕上，我們成立了浦東集成電路產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺(tái)公司——張江浩芯，這是我們向?qū)I(yè)化產(chǎn)業(yè)服務(wù)的一次探索。我們也將持續(xù)打造“芯校友”品牌活動(dòng)，著力構(gòu)建常態(tài)化產(chǎn)業(yè)交流平臺(tái)。我們誠(chéng)摯邀請(qǐng)廣大校友將更多優(yōu)質(zhì)活動(dòng)放在張江，我們會(huì)全力做好配套支持與服務(wù)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(jìn)封裝類型
目前，業(yè)界對(duì)于先進(jìn)封裝還沒有一個(gè)明確的定義。它的分類方式也不統(tǒng)一。如果按類型細(xì)分，則先進(jìn)封裝可分為扇出型晶圓級(jí)封裝（FOWLP），扇入型晶圓級(jí)封裝（FIWLP）、倒裝芯片（FlipChip）,以及2.5D/3D封裝；按應(yīng)用領(lǐng)域細(xì)分，則可以分為電信、汽車、航空航天與國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備，以及消費(fèi)電子等。
上海易卜半導(dǎo)體創(chuàng)始人李維平在其主題為《先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》的演講中，也對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)從廣義上進(jìn)行了分類，他認(rèn)為，先進(jìn)封裝技術(shù)可分為五個(gè)大類，分別為晶圓級(jí)封裝、2.5D/3D封裝、系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）、埋入式封裝，以及板級(jí)封裝。
而從狹義上來看，先進(jìn)封裝的“先進(jìn)”，是指封裝技術(shù)朝著高度集成、三維立體、超細(xì)間距互連等方向發(fā)展。
推進(jìn)先進(jìn)封裝市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素
隨著價(jià)值創(chuàng)造從前端制程微縮化轉(zhuǎn)向后端集成，先進(jìn)封裝市場(chǎng)有望在2030年前實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁的兩位數(shù)增長(zhǎng)。對(duì)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(jí)電源封裝的需求正在不斷擴(kuò)大。盡管基板和設(shè)備供應(yīng)趨緊，但5G網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)密集化建設(shè)、云人工智能的加速發(fā)展以及電動(dòng)汽車的普及，使得產(chǎn)品銷量不斷上升，平均售價(jià)也在逐步提高。
由于可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)傾向于采用良率高的已知合格芯片組裝方式，并且各國(guó)政府支持提升區(qū)域供應(yīng)鏈彈性，先進(jìn)封裝市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度將超過整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的平均水平，鞏固了先進(jìn)封裝在芯片價(jià)值鏈中作為性能和盈利能力主要驅(qū)動(dòng)力的地位。
李維平認(rèn)為，算力和功能集成是先進(jìn)封裝的主要應(yīng)用場(chǎng)景，這意味著對(duì)于算力和功能集成需求高的領(lǐng)域，將是推動(dòng)先進(jìn)封裝技術(shù)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，如AI和機(jī)器學(xué)習(xí)、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、遙控智能，以及自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。
盛美半導(dǎo)體工藝副總裁賈照偉在題為《三維芯片集成領(lǐng)域電鍍技術(shù)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇》的演講中也表示，AI應(yīng)用將是先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力。
設(shè)備、工藝和材料，國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝領(lǐng)域需克服的挑戰(zhàn)
目前，先進(jìn)封裝領(lǐng)域的主要玩家多為國(guó)際廠商，如臺(tái)積電、三星、英特爾等。李維平表示，尤其是臺(tái)積電，它是先進(jìn)封裝領(lǐng)域絕對(duì)的霸主，并逐漸走向技術(shù)體系化。而英特爾在先進(jìn)封裝領(lǐng)域也是長(zhǎng)期高強(qiáng)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(jī)影響，不少技術(shù)沒有獲得大規(guī)模應(yīng)用，投入產(chǎn)出效益不理想。三星的先進(jìn)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?jí)制造方面重點(diǎn)投入，但大規(guī)模量產(chǎn)仍然需要假以時(shí)日。
在主流先進(jìn)封裝領(lǐng)域，中國(guó)的玩家很少，想要趕上先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展潮流，中國(guó)的先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)還需從設(shè)備、工藝和材料方面加大研發(fā)力度。
在先進(jìn)封裝設(shè)備領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的半導(dǎo)體設(shè)備廠商，如盛美半導(dǎo)體。成立于1998年的盛美半導(dǎo)體，最初專注于創(chuàng)新清洗設(shè)備的研發(fā)，后將業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)展至電鍍、顯影，以及涂膠等應(yīng)用于先進(jìn)封裝領(lǐng)域的設(shè)備。
受AI應(yīng)用等場(chǎng)景的驅(qū)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能。這就對(duì)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(duì)電鍍?cè)O(shè)備也提出了不同的需求。
賈照偉表示，目前應(yīng)用于先進(jìn)封裝的濕法電鍍?cè)O(shè)備的研發(fā)面臨著諸多挑戰(zhàn)，主要從兩個(gè)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(duì)于極細(xì)間距RDL和TSV的預(yù)濕能力，電鍍腔和夾盤的設(shè)計(jì)，以及可能轉(zhuǎn)向面板級(jí)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(duì)此，盛美半導(dǎo)體都進(jìn)行了差異化的專利布局，開發(fā)了一系列的產(chǎn)品和設(shè)備幫助國(guó)產(chǎn)先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)。
除了設(shè)備之外，材料也是先進(jìn)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(xué)家兼副總經(jīng)理李銘新的題為《先進(jìn)封裝用光敏性聚酰亞胺涂層材料現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及應(yīng)用》的演講中，李銘新借用了鄔江興院士在2025年Chiplet聯(lián)盟會(huì)上說的一句話，即目前的國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)是‘一流設(shè)計(jì)、二流裝備、三流材料’。這一句話透著無奈，但也是國(guó)內(nèi)業(yè)界不得不面對(duì)的現(xiàn)狀。
在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，目前的市場(chǎng)主要由國(guó)外廠商把持。以聚酰亞胺為例，它在半導(dǎo)體封裝中可作為永久性結(jié)構(gòu)材料，是關(guān)鍵性的核心材料，但目前國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)展最慢。李銘新表示：“由于國(guó)外公司的產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)性能成熟，所以長(zhǎng)期壟斷市場(chǎng)。而國(guó)內(nèi)廠商則由于產(chǎn)品需要應(yīng)用驗(yàn)證等問題，舉步維艱，目前占據(jù)的市場(chǎng)份額幾乎可以忽略不計(jì)?！?/p>
李銘新表示：“國(guó)內(nèi)材料公司需要破解‘雙壁壘’難題，即技術(shù)壁壘和市場(chǎng)壁壘?！眹?guó)內(nèi)廠商需要提高產(chǎn)品的綜合性能（可靠性），不斷進(jìn)行積累，同時(shí)也要提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性；此外，材料產(chǎn)品的驗(yàn)證周期都比較長(zhǎng)，投入也大，這是需要企業(yè)克服的關(guān)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(gè)客戶的驗(yàn)證，下一個(gè)公司使用時(shí)還需重新驗(yàn)證。對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商來說，驗(yàn)證關(guān)是路、長(zhǎng)、且、阻?！?/p>
李銘新將材料發(fā)展比作是破解先進(jìn)封裝供應(yīng)鏈上的“達(dá)摩克利斯之劍”，幫助實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)材料的可用、能用和夠用。
先進(jìn)封裝技術(shù)中還有一個(gè)重要的工藝是晶圓鍵合技術(shù)，SUSS中國(guó)公司總經(jīng)理龔里在其題為《晶圓鍵合-半導(dǎo)體材料、工藝及封裝領(lǐng)域不可缺少的工具》的演講中詳細(xì)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(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)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(shí)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(shí)優(yōu)化熱學(xué)、電氣和可靠性等特點(diǎn)而被給予厚望?；旌湘I合也具備諸多核心優(yōu)勢(shì)，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(yīng)用的一大挑戰(zhàn)。龔里表示：“對(duì)準(zhǔn)也是混合鍵合技術(shù)發(fā)展所面臨的一個(gè)難題?！弊詈螅徖镆步ㄗh關(guān)注一個(gè)新的技術(shù)——銅納米線，它對(duì)晶圓表面沒有特別要求，在室溫下就可實(shí)現(xiàn)。他表示：“這一新技術(shù)可能會(huì)在3-5年后替代混合鍵合?！?/p>
量測(cè)檢測(cè)也是先進(jìn)封裝過程中非常重要的一步。上海點(diǎn)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(cè)檢測(cè)》演講中分享了對(duì)于先進(jìn)封裝技術(shù)量測(cè)檢測(cè)的關(guān)鍵和面臨的一些挑戰(zhàn)。
他表示：“對(duì)于高性能存儲(chǔ)/計(jì)算先進(jìn)封裝而言，I/O互連密度是關(guān)鍵。隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的不斷推進(jìn)，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。”
相較于前道晶圓的量測(cè)檢測(cè)，先進(jìn)封裝量測(cè)檢測(cè)在檢測(cè)目標(biāo)、檢測(cè)對(duì)象、材料兼容性、精度與結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、檢測(cè)技術(shù)路徑，以及成本方面都存在較大差異。先進(jìn)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(cè)檢測(cè)手段。AI 算法在先進(jìn)封裝復(fù)雜缺陷模式識(shí)別中，也可以發(fā)揮獨(dú)特作用。
目前中國(guó)在最高端的2.5D/3D先進(jìn)封裝領(lǐng)域發(fā)展缺乏足夠的生態(tài)支持。受限于先進(jìn)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(dòng)迭代優(yōu)化高端先進(jìn)封裝工藝，大部分先進(jìn)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(jìn)封裝”， 將多顆 MicroLED芯片及MicroIC驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)制程實(shí)現(xiàn)芯片面積的縮小，再以高密度chiplet封裝的形式實(shí)現(xiàn)成本大幅降低。
結(jié)語(yǔ)
先進(jìn)封裝已成為后摩爾時(shí)代半導(dǎo)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(dòng)化轉(zhuǎn)型與5G網(wǎng)絡(luò)深化應(yīng)用，正驅(qū)動(dòng)這一市場(chǎng)以超越行業(yè)均值的速度擴(kuò)容，技術(shù)迭代則圍繞異構(gòu)集成、三維堆疊與超細(xì)互連持續(xù)演進(jìn)。
然而，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)仍面臨設(shè)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(yàn)證與跨領(lǐng)域協(xié)作中突破“卡脖子”環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝產(chǎn)品需要以創(chuàng)新鏈串聯(lián)設(shè)備、材料與制造端能力，才能在這場(chǎng)算力與集成度的雙重競(jìng)賽中，夯實(shí)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的底層根基，為“中國(guó)芯”進(jìn)階之路開辟更廣闊空間。
上海交通大學(xué)集成電路校友會(huì)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(jìn)封裝行業(yè)賦能。憑借校友會(huì)在集成電路領(lǐng)域深厚的人脈與資源，聯(lián)動(dòng)學(xué)校、產(chǎn)業(yè)、資金，為相關(guān)企業(yè)搭建起產(chǎn)學(xué)研合作橋梁，助力企業(yè)攻克技術(shù)難題、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。同時(shí)，為年輕的工程師提供更多職業(yè)發(fā)展機(jī)遇與培訓(xùn)交流平臺(tái)，全方位推動(dòng)先進(jìn)封裝行業(yè)發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。
