后摩尔时代,SiP先进封装迎来新机遇

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2022-08-06 10:10

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过去的50年来,半导体技术一直遵循着摩尔定律向前发展,通过摩尔定律可以准确预言半导体制程的演进。然而,随着芯片的工艺制程减小到 5nm 以下,由此带来的串扰、发热和高功耗问题愈发成为微电子技术难以解决的瓶颈。


芯片制造商已经使出了浑身解数来跟上摩尔定律的步伐,如增加更多的核,驱动芯片内部线程,利用各种加速器。尽管如此,还是无法避免摩尔定律的加倍效应已开始放缓的事实,不断地缩小芯片尺寸总会有物理极限,依靠更先进的工艺来提升芯片性能将变得越来越困难。


为进一步提升集成电路系统性能、降低成本依赖、提升功能密度,SiP(系统级封装)以及Chiplet等设计的进步和发展,大大拓展了摩尔定律的演进方式,已成为当前主流的技术发展趋势。相关数据统计,2021年全球SiP市场规模约为150亿美元,预计2026年市场规模将达到199亿美元左右。


在此背景和趋势下,2022年8月2日,由博闻创意会展(深圳)有限公司主办的第六届中国系统级封装大会(SiP China)在苏州正式举行,该活动的目标为通过打造全球SiP与先进封测专业平台,助力推动中国封测产业技术革新与产业融合。



本次大会共有近 30 位重磅专家进行了演讲,共同探讨了SiP与先进封测领域的技术创新、市场动态和应用案例。同时,现场还有800多位来自SiP上下游的厂商和嘉宾,齐聚一堂进行专业的技术交流,共同探讨SiP未来的发展趋势与技术演进。


此外,现场还有 15 家企业展台将发布年度新品、技术及方案。腾盛精密、德龙激光、铟泰公司、贺利氏、Ansys、合见工软、Zuken、日联、海目星、思立康、恩艾仪器、富来宝、荒川化学、玛塔化研、福英达,聚焦展示系统级封装解决方案、半导体封测设备及材料、EDA设计工具等。


主论坛期间,中国半导体行业协会封测分会秘书长徐冬梅发表了开场致辞。她在致辞中表示:本次大会邀请了SiP和先进封装领域的优秀企业及行业领军人物,请他们来分享产业链中的创新和应用实践。徐冬梅秘书长认为:随着全球供应链的修复,叠加了5G通讯、HPC、汽车电子、可穿戴设备新兴应用端带来的市场需求增量,中国大陆封测市场增速迎来拐点,未来增速有望上扬。


中国半导体行业协会封测分会秘书长徐冬梅


  • SEMI:全球半导体产业趋势及异构集成应用的思考

演讲环节,SEMI China高级总监张文达围绕《全球半导体产业趋势及异构集成应用的思考》进行了主题分享。张文达表示,尽管新冠疫情对全球经济和制造业产生了影响,但2020年全球半导体产业逆势增长6.8%,达到4403亿美元,2021年增长26.2%达到5560亿美元,2022年有望突破6000亿美元。疫情影响下,远程办公、线上教学和娱乐设备等成为驱动半导体产业发展的主要因素之一。


SEMI China高级总监张文达


当前,全球半导体产能持续增长,2021年300mm产能占据总产能的56%,200mm占比为24%,小于200mm的产能占了20%;预计从2019年度到2022年底,全球半导体月产能将增加38万片wafer,增速达17%,其中300mm产能增长24%,每月产能增加29万片wafer,<=200mm月产能增加98万片wafer,增长9%。


随着半导体产能的快速增长,2021年全球晶圆厂设备支出创历史记录达910亿美元。随着电子产品需求的飙升,在数字化转型和其他长期技术趋势的推动下,2022年前端晶圆厂设备支出预计超980亿美元。


这一增长趋势给设备市场带来了新的机遇,其中,中国设备市场更是呈现出强劲的增长态势。据SEMI数据,2019年,中国设备市场增长2%,而全球市场收缩7%;2020年,中国设备市场猛增39%,占据全球半导体设备市场的首位;到2021年,中国设备市场预计增长27%,各细分市场都将强劲增长;因为中国可能面临获取尖端设备的限制,不确定性在2022年隐约出现,尽管如此,中国市场规模仍将十分巨大。


在全球及中国半导体发展趋势下,异构集成逐渐成为新的技术热点和发展趋势。异构集成路线图(HIR)为电子行业提供了一个长期的愿景,确定了未来的困难挑战和潜在解决方案。


张文达表示,异构集成背后的总体思路是在同一封装中集成多个组件,使封装能够以小尺寸执行特定的高级功能,具体的实现过程在微系统、MEMS、集成电路等方向都有很多研究。


HIR是由三个IEEE协会(电子封装协会、电子器件协会、光子协会)SEMI 和 ASME EPPD 发起的。它致力于在任何地方拥抱创新,并尽可能促进合作,以加速微电子市场格局的进步。目前有很多机构都在参与其中,从SEMI角度也希望国内企业参与进来。


同时,围绕大会主题,张文达针对爆发的元宇宙市场为例,以Micro-Led为例分享了对于异构集成的思考,期待企业能在异构集成领域进行积极的探索。


  • SiP封装技术在展锐的发展和应用

随后,紫光展锐封装系统架构部部长陈思带来了《SiP封装技术在展锐的发展和应用》的主题演讲。他表示:“SiP的特点包含多颗IC(包含至少2颗不同功能IC)、独立功能(至少可独立完成一种或多种功能)、一个封装体内(实现特定功能的所有器件在同一封装体内)、高灵活性(晶圆工艺限制小,可根据功能自由结合)。”


紫光展锐封装系统架构部部长陈思


相较于原来的QFP、QFN、TFBGA、FCCSP、WLCSP、MCM等封装方式,SiP是另一种超越摩尔定律的路线方案。其特点在于数字模拟分开,根据需求导入先进工艺,具备系统成本低、上市周期短、系统设计灵活、空间利用率高等优点。同时因为不依赖先进工艺,能够降低Wafer成本,提升Wafer良率。


紫光展锐已经对SiP进行了多代技术演进,形成了SiP发展铁三角的展锐特色——多样化的客户(客户需求是驱动力)、大量的人才(人才储备是未来)、全面的技术(技术底蕴是基础)。


  • Chiplet技术与设计挑战

芯和半导体联合创始人代文亮在《Chiplet技术与设计挑战》的主题分享中介绍了Chiplet技术与市场纵览、设计挑战,以及芯和半导体的“2.5D/3D多芯片Chiplet”设计分析EDA平台。


芯和半导体联合创始人代文亮


代文亮指出,当前单芯片SoC的扩展之路受阻,摩尔定律经济优势消失,更大的芯片带来更低的良率。随着Chiplet这一模块化SoC的兴起,带来了诸多优势:使用更小的芯片获得更高的良率,超越光罩限制;在其最佳节点中混合和匹配小芯片;可重用性;更优的性能;更低的成本。


进而推动HPC高性能计算市场的蓬勃发展,包括云计算、AR/VR、汽车电子等高性能运算在内的应用场景对Chiplet提出了巨大需求。


尽管有诸多优势加持,但Chiplet也面临不少挑战。受限于不同架构、不同制造商生产的die之间的互连接口和协议的不同,设计者必须考虑到工艺制程、封装技术、系统集成、扩展等诸多复杂因素。同时还要满足不同领域、不同场景对信息传输速度、功耗等方面的要求,使得Chiplet的设计过程异常艰难,而解决这些问题的最大挑战就是缺少统一的互连标准协议。


此外,随着Chiplet逐步发展,未来来自不同厂商的芯粒之间的互联需求必然会爆发。


从代文亮的分享中能够看到,从AMD Chiplet的发展史,还是从实现Chiplet整合的多种封装形式来看,Chiplet生态系统及标准正在不断完善和演进。与此同时,芯片设计与仿真变得越来越复杂,Chiplet在原有SoC的设计基础上,还涉及到系统级和多物理场仿真等层面的考量。


对于芯片设计来说,虽然依托Chiplet无需再去设计复杂的大芯片,但是将SoC分解Chiplet化,并将其整合到一个2.5D/3D封装当中,会带来系统复杂度的大幅提升,在系统设计方面存在较大挑战。


除了芯片设计、验证、封装与测试以外,支持Chiplet芯片设计的EDA工具链以及生态是否完善,是否可持续发展,也是Chiplet技术成功所需要解决的关键问题。从当前市场现状来看,Chiplet面临来自协同设计和协同仿真分析的EDA设计方面的挑战,需要一个新的EDA平台来满足架构、物理实现、分析及验证等全方位的技术需求。


芯和半导体推出的“2.5D/3D多芯片Chiplet”设计分析全流程EDA平台,据介绍,这是业界首个用于3DIC多芯片系统设计分析的统一平台,为用户构建了一个完全集成、性能卓著且易于使用的环境,提供了从开发、设计、验证、信号完整性仿真、电源完整性仿真到最终签核的3DIC全流程解决方案,全面支持2.5D Interposer、3DIC和Chiplet设计。


  • SiP应用解决方案

在随后的演讲中,日月光集团SiP产品开发部门部门经理杨绍伦带来《SiP应用解决方案》的主旨演讲,围绕“SiP在产品中扮演的角色”、“SiP实际应用案例解说(TWS SiP)”和“SiP挑战与解决方案”等几方面进行了分享。


日月光集团SiP产品开发部门部门经理杨绍伦


杨绍伦表示,SiP作为内连、整合与智能化的解决方案,能够有效连接晶圆到系统,高密度整合后的SiP会带来更多应用上的优势;先进封装制程测试(Fan Out/Fan In/FC)与电气特性整合,将驱动市场更多的使用SiP的技术;整体良率的管理将从晶圆封装材料到电子元器件供应管理。


日月光作为封测行业的龙头,在SiP领域耕耘已久,可为终端产品提供最佳的SiP解决方案。据悉,日月光SiP系统级封装团队拥有SiP封装设计,SiP开发板与天线设计服务的能力与制造经验,可以协助芯片厂提供SiP开发包,为方案商整合原厂软件与简化PCBA软硬件方案开发与调试,或传感器芯片供应商进行开发板的移植与调试,和代工厂的生产组装配合,调试与测试流程简化的解决方案。


前不久,日月光推出VIPack先进封装平台,提供垂直互联集成封装解决方案。VIPack是日月光扩展设计规则,并实现超高密度和性能设计的下一时代3D异质集成架构,此平台利用先进的重布线层(RDL) 制程、嵌入式集成以及2.5D/3D封装技术,协助客户在单个封装中集成多个芯片来实现创新未来应用,目前已经正式上市。


随着VIPack平台推向市场,为客户开辟了从设计到生产的全创业公司新机会,并在功能、性能和成本方面获得广泛的效益。


均豪精密公司经理陈玥希以《检测量测系统在先进封装的应用探讨》为题,分享了检测量测面临的挑战,以及公司的产品和布局,同时还介绍了封装路线图和发展趋势。


均豪精密公司经理陈玥希


SiP技术迎来“新蓝海”


下午,会场同步举行了三场分论坛,芯和半导体联合创始人代文亮、苏州晶方半导体副总经理刘宏钧、光路新能源科技副总经理孙一中分别作为 “SiP设计和制造”、“SiP测试&设备”、“SiP基板和材料”三场论坛的分会主席进行了主持,一众行业专家和嘉宾分别围绕相关话题进行了专题分享,探讨了SiP行业在发展中的机遇和挑战。


随着后摩尔时代的到来,随着集成电路先进制程不断接近物理极限和商业合理性“极限”,产业界将越来越多的目光投向封装环节,先进封装技术成为产业热点


以SiP、Chiplet为代表的先进封装领域日益被视为有望在系统层面延续摩尔定律的技术“新蓝海”,行业各路巨头纷纷在先进封装领域加大投入力度,摸索技术与商业可行性,也在顺势带动先进封装技术取得日新月异的发展。


2022年9月15日至17日,第六届中国系统级封装大会暨展览(SiP China)深圳站将与ELEXCON深圳国际电子展暨嵌入式系统展在深圳会展中心(福田)同期举办。大会为期2天,拟邀请到30+重磅专家演讲人,分别来自:中芯国际、安靠、日月光、长电、通富微电、华天科技、中兴通讯、杜邦、贺利氏、天芯互联、云天、AT&S、越亚、Anysys、ASM、越摩、深南电路、铟泰公司、图研、NI、合见、Zestron、腾盛、深圳先进电子材料国际创新研究院等企业,将共同商讨SiP与先进封测领域的技术创新、市场动态和应用案例。

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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