深度｜先进封装成为“先进”的背后曾经

文章图片

文章图片
曾经，传统封测在半导体产业链中并不是很起眼的环节。先进封装的出现，让业界看到了通过电子封装推动芯片高密度集成、性能提升、体积微型化和成本下降的巨大潜力。随着摩尔定律步伐放缓，电子封装进一步成为推动半导体发展的关键力量之一。
11月3日，国家科学技术奖励大会在北京举行。由华中科技大学、华进半导体封装先导技术研发中心有限公司、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、江苏长电科技股份有限公司、通富微电子股份有限公司、华天科技（昆山）电子有限公司、苏州旭创科技有限公司、中国电子科技集团公司第五十八研究所、香港应用科技研究院有限公司、武汉大学合作完成的“高密度高可靠电子封装关键技术及成套工艺” ，荣获国家科学技术进步奖一等奖。随着后摩尔时代来临，先进封装正在成为半导体产品性能提升的必由之路，也成为推动国内集成电路产业集聚发展的重要动力。
意义：先进封装是半导体性能提升关键力量
“到了后摩尔时代，我们已经不再单纯以线宽线距和集成度的尺寸论英雄，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。为寻求提升集成电路产品系统集成、高速、高频、三维、超细节距互连等特征，封装的作用愈发凸显。先进封装已经成为超越摩尔的关键赛道，集成电路的成品制造环节的创新能力和价值越来越强。” 长电科技首席执行长郑力向《中国电子报》表示。
先进封装在诞生之初以WLP（晶片级封装）为主，后期进一步向三维发展。目前主流的先进封装包括凸块、SiP（系统级封装）、WL-CSP（晶圆级封装）、FOWLP（扇出封装）、FC（倒装）、eWLB（嵌入式晶圆级球栅阵列）、PiP（堆叠组装）、PoP（堆叠封装）等， 2.5D封装和3D封装技术也逐步成熟并进入商用。
华进半导体封装先导技术研发中心有限公司技术副总孙鹏博士向《中国电子报》指出，先进封装对半导体的提升作用包括五个方面：一是实现芯片封装小型化、高密度化、多功能化；二是降低产品功耗、提升产品带宽、减小信号传输延迟；三是可实现异质异构的系统集成；四是延续摩尔定律，提升产品性能的有效途径；五是降低先进节点芯片的设计复杂度和制造成本，缩短开发周期、提高产品良率。
本次获奖的“高密度高可靠电子封装关键技术及成套工艺”解决了电子封装行业知识产权“空心化”和“卡脖子”难题，实现了高密度高可靠电子封装从无到有、由传统封装向先进封装的转变。
湖南越摩先进半导体CTO、获奖项目参与者之一谢建友向《中国电子报》指出，高密度是指制程微缩使单位面积的晶体管数量越来越多， I/O也越来越多，封装密度持续提升。高可靠是指芯片封装在高冷、高热、真空等极端环境下会发生翘曲变形等问题，导致芯片失效。所以在封装过程中，选择什么杨氏模量、CTE（热膨胀系数）、泊松比、收缩率、介电常数、损耗角、热导率的材料，选择怎样的胶水等，要经过大量仿真验证。
除了技术研发，本次项目还锤炼了电子封装的研发体系。谢建友表示，项目推动形成了协同设计、多物理域仿真以及芯片-封装-系统三级联仿的方法论。通过仿真测试、回归验证、积累数据，进一步提升研发效率和投片成功率，并降低试错成本和缩短产品上市周期。
“有时候芯片公司内部测试没有问题，到客户端一用回流焊，裂片、性能不达标、参数不对等各种问题都出来了，这不是电性能的问题，很多时候是力学、热学、流体的问题。通过更加先进的研发方法论，我们可以在仿真模型上进行参数调整，在模型的达到平衡之后再去测试，提升流片成功率。”谢建友说。