摩爾時代集成電路發(fā)展的三大支撐技術使得后摩爾定律得以繼續(xù)

近日，華進半導體封裝先進技術研發(fā)中心有限公司副總經(jīng)理秦舒表示，摩爾定律的延伸受到物理極限、巨額資金投入等多重壓力，迫切需要新的技術延續(xù)工藝進步，通過先進封裝集成技術，實現(xiàn)高密度集成、體積微型化和更低的成本，使得“后摩爾定律”得以繼續(xù)。

而采用以TSV為核心的高密度三維集成技術（3D IC）是未來封裝領域的主導技術，3D IC與CMOS技術和特色工藝一起，構(gòu)成后摩爾時代集成電路發(fā)展的三大支撐技術。

封裝要貼近技術發(fā)展的需求，封裝要貼近市場的需求和應用的需求，而面向物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、毫米波、光電子領域的特色制造技術和定制化封裝工藝，是實現(xiàn)中國集成電路特色引領的戰(zhàn)略選擇。過去我們談封裝，大家看的比較多是我有幾條腿引出來，現(xiàn)在都是定制化了，不是給你幾條腿，現(xiàn)在多一點的是128條腿，甚至可以做到幾千個腳、幾千個引線，這就是定制化設置，根據(jù)需求設置，這就是封裝貼近技術發(fā)展的需求。

現(xiàn)在應用很多，也相應的要求封裝多元化。比如人工智能、高性能計算，要求封裝的類型是3D SRAM的ASIC，還有終端可擴展計算系統(tǒng)。比如數(shù)據(jù)中心，需要的封裝是包含HBM、ASIC和3D SRAM的大尺寸2.5D封裝，包含L3緩存分區(qū)的分離芯片的3D ASIC，包含多個光纖陣列的硅光子MCM。比如汽車電子，需求是駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）雷達設備的扇出封裝，電動汽車和混合動力汽車中使用的MCU、電源管理系統(tǒng)的WB和IGBT封裝模組。比如5G射頻、毫米波，對于封裝的要求是包含多款異質(zhì)芯片的多芯片模組（例如LNA、PA、Switch和濾波器等），包含TSV Last工藝的3D集成以及集成天線和被動元器件需求。

TSV先進封裝市場預測。預計2022年TSV高端產(chǎn)品晶圓出片量為60多萬片；盡管數(shù)量有限，但由于晶片價值高，仍能產(chǎn)生高收入。而高帶寬存儲器（HBM）正在成為大帶寬應用的標準。智能手機中成像傳感器的數(shù)量不斷增加，計算需求不斷增長，促使3D SOC市場擴增。預計未來五年，12寸等效晶圓的出貨數(shù)量將以20％的CAGR增加，從2016年的1.3M增加到2022年的4M。TSV在低端產(chǎn)品中的滲透率將保持穩(wěn)定，其主要增長來源是智能手機前端模塊中的射頻濾波器不斷增加，以支持5G移動通信協(xié)議中使用的不同頻帶。

2.5D Interposer市場前景。TSV Interposer是一種昂貴而復雜的封裝工藝技術，成本是影響2.5D市場應用的關鍵因素，需要進一步降低封裝或模塊的總體成本。2016年到2022年，3D硅通孔和2.5D市場復合年增長率達20%；截至2022年，預計投產(chǎn)400萬片晶圓。其市場增長驅(qū)動力主要來自高端圖形應用、高性能計算、網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心對3D存儲器應用的需求增長，以及指紋識別傳感器、環(huán)境光傳感器、射頻濾波器和LED等新應用的快速發(fā)展；由于TSV Less 低成本技術的發(fā)展，2021年TSV Interposer市場的增速放緩，部分TSV Less技術將逐步替代TSV Interposer以實現(xiàn)2.5D；但部分市場預測，TSV Less技術的開發(fā)和商業(yè)化將會延遲；同時，為滿足高性能計算市場，對TSV Interposer的需求持續(xù)增長。TSV Interposer將繼續(xù)主導2.5D市場，像TSMC&UMC這樣的參與者將擴大產(chǎn)能以滿足市場需求。總體來看，TSV Interposer 仍具有強勁的市場優(yōu)勢。

總結(jié)來看，目前約75%左右的異質(zhì)異構(gòu)集成是通過有機基板進行集成封裝，這其中大部分是SiP。余下的約25%是采用其他基板實現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)集成，這其中包含了硅轉(zhuǎn)接板、fanout RDL以及陶瓷基板等。隨著集成電路制造工藝節(jié)點的不斷提高，成本卻出現(xiàn)了拐點，無論從芯片設計、制造的難度，還是成本，多功能系統(tǒng)的實現(xiàn)越來越需要SiP和異質(zhì)異構(gòu)集成。隨著人工智能和5G的發(fā)展，系統(tǒng)追求更高的算力、帶寬，芯片的尺寸和布線密度也都在不斷提高，使得2.5D封裝的需求開始增加。2.5D系統(tǒng)集成封裝涉及的技術和資源包含前道晶圓工藝、中道封裝工藝和后道組裝工藝，是很復雜的集成工藝，目前掌握全套技術的公司較少。