先进封装技术将推动后摩尔时代的半导体发展

　　摩尔时代面临终结

　　智能终端时代，生活所需的各种电子产品里，芯片的应用越来越多，半导体芯片的重要性已不言而喻。未料，华为和中芯国际被美国下重手断供芯片和技术，对我们犹如当头一棒。但笔者认为，美国这一棒有两面性，在断供导致华为和中芯发展受挫的同时，也把中国的半导体界敲醒了，而且时机很微妙，竟是在摩尔定律快要走在尽头的时候。

　　摩尔定律是美国芯片巨头英特尔公司创办人之一的戈登．摩尔（GordonMoore）在1965年于《电子学》杂志所提出。指的是一个尺寸的硅片上所容纳的晶体管数量，因制程技术的提升，每18个月就会增加1倍。而且，虽然使用的技术更先进、性能也更强大了，但售价不变。1975年，摩尔又根据产业的发展趋势修改了自己的观察结果，改为晶体管的数量每2年增加1倍。

　　过去数十年来，摩尔定律就犹如法则一般引领了半导体行业的发展，半导体制程持续升级，芯片中的电晶体线宽从数十微米逐渐缩小到纳米等级。

　　然而，半导体产业环境在近两年产生了巨大的变化，当先进制程技术已走到7纳米、5纳米，甚至在未来几年朝着3纳米、2纳米制程迈进的同时，晶体管大小正不断逼近原子的物理体积极限。

　　但摩尔定律到底会在什么时候停止？没有人知道答案。

　　图形处理器巨头NVIDIA公司的创始人黄仁勋在2017年就认为摩尔定律已走到尽头。全球芯片代工龙头台积电创始人张忠谋也曾说，摩尔定律在2018年就会停止。

　　当时他们预测的节点是7纳米和5纳米，但现在台积电3纳米的技术已经有眉目了，可见他们两位的预测看起来都没有实现。所以说摩尔定律的极限在哪，连这两位半导体界的权威人物都拿捏不准，但至少摩尔定律存在极限这一点，他们两位看法一致。

　　因此，笔者可以下结论，摩尔定律并非像牛顿提出的万有引力一样，属于永恒的、真理般的自然科学规律，只是半导体行业的指导规则或目标，会随着发展遇到瓶颈，直到被时间废除。

　　先进封装技术将推动后摩尔时代的半导体发展

　　半导体界想继续为摩尔定律续命的话，只有两个方法。第一，制程继续提升；第二，将晶体数量从平面增加改为垂直堆叠。

　　从当前的全球半导体产业的竞争态势来看，目前全球有能力往最先进制程发展的公司，只剩台积电、三星、英特尔这三家。但摩尔定律能否续命又不完全不取决于它们，上游产业极紫外线光刻（EUV）等微影技术半导体生产设备的发展，更是关键。

　　如果当制程到了3纳米甚至是2纳米之后，无法再继续进步，那就意味着靠制程推动的摩尔定律时代的终结，但与此同时，５G、人工智能、物联网等应用正快速兴起，对芯片的性能要求更高怎么办？于是，为了继续提升芯片效能，半导体界就不得不往另一个技术方向迈进了，这就是把晶体垂直堆叠起来的先进封装技术。

　　那么，相比于靠制程平面化推动的摩尔时代，向上发展的先进封装技术就是后摩尔时代。

　　其实，芯片垂直堆叠并不是什么全新的技术，我们最熟悉的手机处理器就采用了被称为小芯片系统（Chiplet）的先进封装技术。只是相比于制程的进步速度太快，封装技术显得慢了许多。因此，在摩尔定律面临极限时，封装技术要比制程技术的提升前景更大。

　　先进封装是什么？简单来说，传统封装就像是把芯片安在一个量身定做的外壳里，这个外壳不简单，不仅要保护芯片在工作时不受外界的水气、灰尘、静电等因素干扰，还要能散热、能固定芯片保证不散架等。

　　而先进封装则的要求是能达到异质整合，指的就是将至少两个不同性质的晶体管、电子元件封在一起。例如仅最重要的高速运算芯片需要5纳米生产，但其他电源、存储芯片等，只用10纳米成熟制程生产，再用2.5D、3D等多维度空间技术封装在一个外壳里，与小朋友们爱玩的堆积木有几分类似。

　　与传统封装相比，先进封装能减少电源、存储等芯片的空间占用比，同时增加高速运算芯片的占用比，以此达到摩尔定律晶体管数量每2年增加1倍的目标。

　　先进封装的主流技术有以下几种，硅通孔（TSV）、包括倒装芯片（FC）、嵌入式封装（ED）、扇入型晶圆级封装（FIWLP）、系统级封装（SiP）、扇出型晶圆级封装（FOWLP）等各都有拥护者。

　　这几年台积电的成功，除了先进制程技术不断进步外，最重要就是小芯片与先进封装的进展，台积电研发先进封装的部门，就被命名为超越摩尔办公室，可见制程技术全世界最领先的台积电，也把先进封装视为后摩尔时代的关键。

　　先进制程固然重要，但先进封装也是关键一战

　　一般来说，与先进制程相比，先进封装在互联网上的关注度的低了许多的，但在摩尔定律趋缓与后摩尔时代逼近的关键时刻，先进封装在整个半导体产业链中的重要性将越来越突出，更将成为后摩尔时代半导体技术的最重要的发展指标。

　　虽然中国芯片制造在制程上还要继续爬坡，当然一定会持续投资最先进的制程，但也不能忽略先进封装，如何两只脚都能站稳且齐头并进，显然是我们接下来最重要的课题。

　　再加上极紫外光（EUV）微影设备无法取得，先进制程研发难以开展，中国半导体界更须强化先进封装技术，让已掌握的成熟制程得以发挥效益，才能度过这段技术落差的难关。

　　技术是市场驱动的，因为技术、良率是通过大生产做出来的，只要有投片量就能在工艺和技术上有所提升。恰好中国又是全球最大的芯片市场，而且还已开始大力扶持本土半导体产业，全球半导体第三次国际产能向中国转移大势所趋，这是我们本土企业的优势所在。

　　除此以外，还有一个利好，封测是中国半导体产业中发展比较完善的一个领域，甚至可以说是最强项，中国封测企业整体在先进封装的营收占比在30%到40之间，只稍稍低于全球平均水平的41%，比制程方面的落后幅度小了许多。

　　中国在封测领域不乏佼佼者，比如长电科技在SiP封装、2.5D、3D封装的研制实力不容小觑，华天科技则在WLCSP、TSV、Bumping、Fan-out、FC等多个技术不断加大研发投入与产出，通富微电则拥有Bumping、WLCSP、FC、BGA、SiP等先进封测技术，并在2D、2.5D封装技术研发上取得突破。总的来说，中国三大封测巨头在先进封装领域，在我们还没来得及留意的时候就已各有斩获。

　　但也不能说中国在先进封装领域已稳操胜券，由于先进封装的巨大前景，使得众多厂商蜂拥而至，让这一赛道骤然拥堵。

　　曾经，IDM（垂直整合一体化制造服务）与OSAT（外包封装测试）是传统半导体封测行业中的两种商业模式。如三大半导体龙头企业台积电、三星、英特尔都属IDM模式，OSAT则为客户提供单一的代工封装测试服务。

　　但如今OSAT企业除了面临来自上游芯片厂的竞争外，还要面临富士康、基板和PCB厂商的跨界竞争，让先进封装格局再起波澜。

　　笔者认为，对中国而言，前段芯片制造与后段先进封装，缺一不可，全部包办起来打造一条高度整合的供应链，才能在这场激烈的竞赛中领先胜出。

　　你觉得中国应该专注制程上的追赶还是与封装一起齐头并进呢？
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