6月9日，在南京舉辦的世界半導(dǎo)體大會上，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副理事長、長電科技董事兼首席執(zhí)行長鄭力帶來主題為《后摩爾時代先進(jìn)芯片成品制造技術(shù)的突破》的報告。
中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副理事長、長電科技董事兼首席執(zhí)行長鄭力
半導(dǎo)體集成電路這個行業(yè)，我覺得和其他高科技行業(yè)一樣，有些這個行業(yè)比較特殊的專用名詞，比如毛院士和吳漢明院士講到的異構(gòu)集成、后摩爾定律時代。但是和其他行業(yè)相比沒有像集成電路這個行業(yè)專用名詞家喻戶曉，大家都在關(guān)心。比如去年，理發(fā)師一邊剃頭一邊說光刻機(jī)是不是我們國家買不到了？今年上半年大街小巷都在說缺芯缺產(chǎn)能的問題，特別是汽車缺芯的問題。從上個世紀(jì)80年代開始就在接觸學(xué)習(xí)集成電路，在摩爾定律方興未艾時就學(xué)習(xí)集成電路的這些人，到了今天摩爾定律走到了后摩爾時代，一方面讓我們感受到變化，一方面也感受到責(zé)任重大。
今天，我專注在后摩爾時代從芯片的制造角度和大家分享幾點看法，由于時間關(guān)系我只講兩點：一是先進(jìn)封裝正在發(fā)生華麗轉(zhuǎn)身；二是轉(zhuǎn)身間發(fā)生了什么樣的顛覆性技術(shù)突破。
一、后摩爾時代封測技術(shù)的華麗轉(zhuǎn)身
先看“封裝”這個詞。雖然我自己是中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會封裝測試分會的當(dāng)職理事長，但是我對“封裝”這個詞不太喜歡，我常年在IDM工作。在IDM大家不管封裝這道工序叫封裝，我們叫相對于前道的晶元，后道一般叫后道制造。國際上對于產(chǎn)業(yè)鏈分布的時候把前道制造和后道制造是放在一起的，其他幾個板塊設(shè)計、IP、設(shè)備和材料。
所謂的先進(jìn)封裝發(fā)展到今天，關(guān)鍵詞已經(jīng)不僅僅是把芯片拿來以后裝進(jìn)去封起來，確實是這樣，裝進(jìn)去再封起來。現(xiàn)在的關(guān)鍵詞，AMD這幾年來一路狂飆靠的是后道制造技術(shù)，如何提高芯片的集成度，如何提高在封裝體內(nèi)的高速互聯(lián)。所以我說到了先進(jìn)封裝繼續(xù)往前走的時候華麗轉(zhuǎn)身的關(guān)鍵就是“封”和“裝”已經(jīng)不是它的決定因素，而是高度集成的“集”，還有高度互連的“連”成為制造關(guān)鍵。
再布線層線寬間距從20微米發(fā)展到2×2，縮小了10倍，晶圓從28納米到今天的5納米，3納米幾乎是同樣的進(jìn)程。十年前手機(jī)主芯片用最先進(jìn)的后道制造工藝來做，那個時候在基板上用PUP封裝來做，到今天用扇出形的工藝+GUP來做，要處理的晶圓節(jié)點從28納米到5納米，垂直高度從1.6毫米到今天只有0.6毫米，從當(dāng)時的有機(jī)基板變?yōu)樵俨季€，現(xiàn)在的基板非常短缺，用機(jī)緣級的IDU可以替代它。剛才AMD講的CPU、GPU這幾年做得非常好，現(xiàn)在一個是I/O的密度是15倍的提高，集成了高帶寬的存儲器，而且存儲器和GPU之間的距離也縮短了10倍。一句話，先進(jìn)封裝在技術(shù)向前走走到異構(gòu)集成，微系統(tǒng)集成階段實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。
從產(chǎn)業(yè)價值定位來講，我們用建筑行業(yè)和芯片行業(yè)特別是后道的制造行業(yè)來比較，原來的傳統(tǒng)封裝說它像是磚頭工人，并沒有貶低磚頭的含義，制造磚頭也不容易，但是我們只是做一塊磚頭，到先進(jìn)封裝不僅僅是對晶圓封和裝的問題，要進(jìn)行復(fù)雜的連線，進(jìn)行重組，但這只是先進(jìn)的封裝，可以把它比喻成用磚頭來蓋墻甚至搭一個房屋，可以把它說成是先進(jìn)封裝的階段。到今天異構(gòu)集成，先進(jìn)封裝走到了微系統(tǒng)集成階段，我們做的是像建筑師一樣的工作，而不僅僅是單純的蓋房子搭墻。你如果和建筑師說你就是一個泥瓦匠，他答應(yīng)不答應(yīng)？今天如果把后道制造的異構(gòu)集成所做的工作說你就是一個封裝，我們不答應(yīng)，我想很多業(yè)界朋友也不答應(yīng)，所以這是它的變化。
這不僅僅是概念性的問題，左下角圖是我們截圖AMD，非常令人震撼，上周在大會上發(fā)布的，3Dchipled集成和2Dchipled集成相比密度提升300倍，和原來用Micro做集成的3D方案比密度提升15倍。不光是AMD，臺積電也好，英特爾也好，國際頭部企業(yè)都在積極布局異構(gòu)集成，在半導(dǎo)體后道技術(shù)上發(fā)力實現(xiàn)一個是集成的問題，一個是高密度互連的問題，確實在業(yè)界后摩爾定律時代，大家用不同途徑繼續(xù)提升芯片集成度。
二、先進(jìn)芯片成品制造技術(shù)的顛覆性突破
我用我們長電科技的例子和大家講一下。
這一年長電科技做了重大決定，決定在異構(gòu)集成的國際賽道上推出了注冊商標(biāo)叫XDFOI全系列的解決方案，這是基于長電科技目前正在量產(chǎn)的2D封裝，基于我們在MCM和SIP可以集成多顆5納米SOC，加多顆高帶寬的存儲器，已經(jīng)量產(chǎn)。現(xiàn)在已經(jīng)和客戶在一個一個項目導(dǎo)入的逐漸走到2.5D、3D的面向Chipled方案，把更多的芯片一方面是高密度的疊加在一起，同時用高密度的布線層把芯片和芯片之間結(jié)合在一起，包括不同的形式，一系列組合圈面向異構(gòu)集成的賽道，在積極提速。
我們這次厚積薄發(fā)，在扇出型的技術(shù)長電科技已經(jīng)積累量產(chǎn)的經(jīng)驗將近10年，再結(jié)合高密度的SIP的技術(shù)面向Chiplet推動了包括2.5D的chipled、2Dchipled、3dchipled一系列的產(chǎn)品解決方案，和客戶在導(dǎo)入。剛才講不同的產(chǎn)品我們在2022年、2023年都有量產(chǎn)項目和解決方案，這對市場上非常看中的高性能計算、人工智能、汽車電子、醫(yī)療、通信這些相關(guān)應(yīng)用都有chipled高密度集成推動的解決方案。
大家一般講到2.5D、3D，臺積電講到最先進(jìn)封裝的時候是用TSV和芯片的疊加進(jìn)行高速互聯(lián)。長電科技有所不同，我們這次推出一個系列是用盲孔互聯(lián)形成（英）intorposer讓它來和芯片之間形成高速互聯(lián)， 因為TSV成本非常高，關(guān)鍵是良率怎么樣還達(dá)不到業(yè)界要求，但是intorposer（音）在成本包括良率控制上都非常有效，這是長電科技積累的扇出型的高密度封裝形成我們技術(shù)的knowhow。所以推出的技術(shù)可以多層IDO布線，目前做到2×2的線寬間距，明后年可以做到1×1高密度的線寬間距，40微米，后面是20微米極窄的凸塊互聯(lián)，多層芯片疊加，集成高帶寬存儲，集成無源元件。
紅顏色就是IDO再布線的層，后道我們也做出一片晶圓，和前道的晶圓廠不一樣在哪里，它那個是做電路，我們這個是專門為高密度的互聯(lián)做出一個晶圓，這個晶圓和前道的晶圓結(jié)合在一起最后通過疊加和互聯(lián)把高密度的異構(gòu)集成的芯片集成在一起，還可以根據(jù)芯片大小，如果比較小就是一個封裝體可以拿過來用，如果芯片比較大超過20×20再結(jié)合高密度的導(dǎo)裝BGA的封裝形式再結(jié)合在一起，為高性能計算提供大顆的高密度的芯片解決方案。
我還想再說一點，通過高密度系統(tǒng)級的封裝，SIP也是異曲同工，另外一條可以實現(xiàn)Chipled所要求的效果和性能，這也是chipled的一部分，或者chipled也是SIP的一部分，包括現(xiàn)在做的面向可穿戴的所有芯片放在一起放在一個SIP的模塊里已經(jīng)在量產(chǎn)的芯片，包括面向6G在研發(fā)的芯片，包括在5G做的5G毫米波的高密度SIP芯片，也包括3層SIP的疊加雙面封，也值得大家學(xué)習(xí)和關(guān)注，也是后摩爾時代技術(shù)走向突破的另一條途徑。
我還要再強(qiáng)調(diào)，光有制造工藝和高密度的互聯(lián)、高密度的集成工藝還不夠，在后道制造工藝越來越重要的包括長電科技也好，國際的龍頭企業(yè)現(xiàn)在在加強(qiáng)和設(shè)計行業(yè)和IPEDA企業(yè)的合作，后面EDA的王總也會講到。和這些企業(yè)合作，從芯片整體的協(xié)同設(shè)計就要開始做，因為我們的密度、集成度越來越復(fù)雜，必須在芯片前期規(guī)劃和設(shè)計時就把設(shè)計中間的晶圓制造和后道的成品制造聯(lián)系在一起，才能保證良率，才能保證性能提高。原來我們說芯片設(shè)計以后，大致做了一個封裝設(shè)計，測試就可以，現(xiàn)在和芯片設(shè)計要有互動，拿到后道制造廠要有一個系統(tǒng)級的工作，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、物理性能、熱性能包括計算性能有綜合的協(xié)同，才能實現(xiàn)AMD潘總講這么高算力的芯片。
除了設(shè)計以外，測試也變得越來越復(fù)雜，這是大家往往忽視的問題，一般國內(nèi)廠包括國際做測試的廠，一般是客戶給我我測試，由于走到高密度集成、異構(gòu)集成以后，測試環(huán)節(jié)和前面環(huán)節(jié)的配合也越來越重要，從前面測試到中間的環(huán)節(jié)到最后系統(tǒng)的測試到產(chǎn)品反過頭來對系統(tǒng)的測試，在國際上都有專門面向異構(gòu)集成成立標(biāo)準(zhǔn)化委員會，長電科技非常早期也成為這幾個非常關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)化委員會的重要成員，把測試和芯片高密度集成緊密結(jié)合在一起，形成完整的集成電路器件的芯片成品制造的關(guān)鍵制造工藝。
主要和大家分享的是這兩點觀點，總結(jié)一下。
我們認(rèn)為在后摩爾時代確實先進(jìn)封裝或者封裝已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自意范圍，走進(jìn)了集成電路芯片成品制造這個重要產(chǎn)業(yè)階段。在這個方面，先進(jìn)封裝，先進(jìn)集成電路的成品制造在產(chǎn)業(yè)的升級換代中，學(xué)界的各位大咖已經(jīng)充分認(rèn)識到它的升級換代對集成電路摩爾定律繼續(xù)向前走起到非常關(guān)系的作用。
這次長電科技借世界半導(dǎo)體大會機(jī)會，正式把系列性的XDFOI面向異構(gòu)集成的產(chǎn)品向業(yè)界積極推動，同時我們成立集成電路設(shè)計服務(wù)事業(yè)部，用設(shè)計服務(wù)和廣大客戶結(jié)合在一起，在后摩爾時代我們相信可以把集成電路產(chǎn)業(yè)建設(shè)得更加美好。
