摩尔定律放缓,芯片特征尺寸已接近物理极限,先进封装成为提升芯片性能,延续摩尔定律的重要途径。
摩尔定律放缓,芯片特征尺寸已接近物理极限,先进封装成为提升芯片性能,延续摩尔定律的重要途径。先进封装是指处于前沿的封装形式和技术,通过优化连接、在同一个封装内集成不同材料、线宽的半导体集成电路和器件等方式,提升集成电路的连接密度和集成度。目前,带有倒装芯片(FC)结构的封装、晶圆级封装(WLP)、系统级封装(SiP)、2.5D 封装、3D 封装等均被认为属于先进封装范畴。先进封装增速高于整体封装,2.5D/3D封装增速居先进封装之首。
根据 Yole,2021 年,先进封装市场规模约 375 亿美元,占整体封装市场规模的 44%,预计到 2027 年将提升至占比 53%,约 650 亿美元,CAGR21-27为 9.6%,高于整体封装市场规模 CAGR21-276.3%。先进封装中的2.5D/3D 封装多应用于(x)PU, ASIC, FPGA, 3D NAND, HBM, CIS 等,受数据中心、高性能计算、自动驾驶等应用的驱动,2.5D/3D 封装市场收入规模 CAGR21-27高达 14%,在先进封装多个细分领域中位列第一。
先进封装处于晶圆制造与封测制程中的交叉区域,涉及 IDM、晶圆代工、封测厂商,市场格局较为集中,前 6 大厂商份额合计超过80%。全球主要的 6 家厂商,包括 2 家 IDM 厂商(英特尔、三星),一家代工厂商(台积电),以及全球排名前三的封测厂商(日月光、Amkor、JCET),合计处理了超过 80%的先进封装晶圆。
CoWoS(Chip On Wafer On Substrate)是台积电的一种 2.5D 先进封装技术,由 CoW 和 oS 组合而来,根据不同中介层(interposer)分为 CoWoS-S/R/L 三种类型。其中 CoWoS-S 最为经典应用最广,采用硅作为中介层。CoWoS-R 基于 InFO 技术,利用 RDL 中介层互连各chiplets。CoWoS-L 结合了 CoWoS-S 和 InFO 技术的优点,使用内插器与 LSI(本地硅互连)芯片进行芯片间互连,同时用于电源和信号传输的 RDL 层提供灵活集成。
超越摩尔(More than Moore,下文简称 MtM)提速,制造设备为关键。采用全新结构的 3D 集成是推动半导体行业发展的重要技术,诸如存储器、逻辑器件、传感器和处理器等不同类型的器件和软件的复杂集成,以及新材料和先进的芯片堆叠技术,都需要基于 3D 集成技术。
晶圆级封装键合技术为实现 3D 集成的有力抓手。3D 集成技术存在晶圆级对准精度、键合完整性、晶圆减薄与均匀性控制以及层内(层间)互联这 4 项挑战,随着摩尔定律逼近材料与器件的物理极限,源于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)制造技术的晶圆级封装键合技术逐渐进入集成电路制造领域,成为实现存储器、逻辑器件、射频器件等部件的三维堆叠同质/异质集成,进而提升器件性能和功能,降低系统功耗、尺寸与制造成本的重要技术途径。