先进封装的强势崛起影响着集成电路产业的格局

摩尔定律的延伸受到物理极限和巨额资金投入等多重压力,急需另辟蹊径继续技术进步。通过先进的封装集成技术,可以更容易地实现高密度集成、小型化和低成本。封装行业将在集成电路的整体系统集成中扮演更重要的角色,也将对行业的格局产生更多的影响。随着先进封装的推进,集成电路产业会呈现出一些新的发展趋势,先进封装的集成电路产业会有所不同。

高级包装的增长速度远远超过传统包装。

当前,社会正处于新技术和新应用全面爆发的背景下,移动设备、大数据、人工智能、5G通信、高性能计算、物联网、智能汽车、智能产业等快速发展。这些技术和应用必然会对底层芯片技术产生新的需求。据孟菲斯咨询公司称,支持这些新兴趋势的电子硬件需要高计算能力、高速度、更多带宽、低延迟、低功耗、更多功能、更多内存、系统级集成、更复杂的传感器,最重要的是低成本。这些新兴趋势将为各种封装平台创造商机,先进的封装技术是满足各种性能需求和复杂异构集成需求的理想选择。

系统级封装可以将一个或多个IC芯片和无源元件集成到一个模块中,从而实现功能齐全的电路集成。还可以降低成本,缩短上市时间,同时克服工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等SoC中的难点。

3D封装通过圆片级互连技术实现芯片间的高密度封装,能有效满足高功能芯片的超轻、超薄、高性能、低功耗、低成本的要求,被大多数半导体厂商认为是最具潜力的封装方式。

总之,在市场需求的驱动下,越来越多的先进封装技术被开发出来,先进封装的市场份额将进一步扩大。统计数据显示,从2017年到2023年,整个半导体封装市场的收入将以5.2%的年复合增长率增长,而先进封装市场将以7%的年复合增长率增长,到2023年市场规模将增长到390亿美元,而传统封装市场的年复合增长率不到3.3%。

呈现三大发展趋势

随着先进封装技术的发展和市场规模的扩大,将对整个集成电路产业格局产生越来越大的影响。首先,中期工艺出现,并逐渐形成规模。随着传统封装技术向先进封装技术的过渡,不同于传统封装技术的中间级工艺如凸点制作、重布线(RDL)和硅通孔(TSV)得到了发展并开始发挥重要作用。SMIC长电半导体CEO崔东表示,仅仅通过减小线宽已经无法同时满足性能、功耗、面积和信号传输速度的要求,因此半导体企业开始关注系统集成层面寻找解决方案,即通过先进的晶圆级封装技术,将不同工艺技术的裸芯封装在一个晶圆级系统中,兼顾性能、功耗和传输速度的要求。这就导致芯片之间需要在硅片层面进行互连,然后产生凸点、重布线、硅通孔等中间阶段工艺。中间硅片加工的出现也打破了芯片前后加工的传统分工。

其次,制造和包装会形成新的竞争关系。由于先进封装带来的中间阶段技术,封装测试行业与晶圆制造业的关系更加密切,这既带来了发展机遇,也带来了新的挑战。中档封装的兴起,必然会挤压晶圆制造或封装测试行业的份额。有迹象表明,一些晶圆厂在中间封装环节加大了布局。晶圆厂拥有技术和资金的领先优势,将对封测厂形成较大的竞争压力。与晶圆制造业相比,传统的封装测试工厂是轻资产。引入中间阶段工艺后,设备资产占比较传统封装大幅提升,封装测试行业的先进技术研发和扩产将面临更大的资金压力。

最后,促进集成电路整体实力的提升。后摩尔时代的集成电路产业强调产业链的紧密合作,加强产业链上下游的内在联系。它要求各个环节不再单独生产加工,而是要求从系统设计、产品设计、前端技术到封装测试更加紧密的配合。企业对高级包装业务的竞争,最终需要表现为产业链间综合实力的竞争。

中国应加快虚拟IDM生态链的建设

近年来,我国集成电路封装测试行业取得了快速发展,取得了长足进步。然而,我国集成电路封装测试产业链的整体技术水平不高却是不争的事实。半导体专家莫大康认为,中国非常有必要高度重视集成电路产业,推动先进封装产业的发展。我国的封装测试在集成电路三大产业(设计、制造、封装、测试)中起步最早,与国际水平差距较小,完全有能力发展。

华金半导体总经理曹立强在近期的演讲中,再次提出要在“EDA软件-芯片设计-芯片制造-芯片封装测试-整机应用”的国内集成电路产业链中,推动虚拟IDM生态链的建设,以市场需求推动中国集成电路封装测试产业的快速发展。集成电路的竞争最终表现为产业链间综合实力的竞争,先进封装的发展需要技术、设备、材料的配合。

在新的技术趋势和竞争环境下,集成电路产业越来越显示出产业链整体实力的竞争。在过去的几年里,国际半导体制造公司已经加紧努力向先进技术进军。在持续大规模资金投入扩大产能的驱动下,一些半导体制造企业也具备了完整的先进封装制造能力。

针对这一产业现状,曹立强指出,重点是突破一些关键技术,如高密度封装关键技术、三维封装关键技术、多功能芯片叠层集成关键技术、系统级封装关键技术等。构建以应用为基础、注重转化、多功能、高起点的虚拟IDM产业链,解决集成电路产业领域关键技术,突破技术瓶颈。