半导体行业正迈入一个被称为“后摩尔时代”的全新阶段,这一时期的显著特征是芯片制程工艺逐渐逼近物理极限,迫使技术创新的重心转向封装领域。先进封装技术,以其高密度集成、高性能优化及成本优势,已成为推动AI、高性能计算(HPC)、5G等前沿科技发展的核心力量。
与传统封装技术相比,先进封装绝非简单的延续,而是一场革命性的飞跃。它不仅在封装密度、性能和功能方面实现了显著提升,而且对生产设备的要求也达到了前所未有的高度。传统封装主要依赖引线框架来承载芯片,而先进封装则采用面阵列引脚和高性能多层基板,承载方式发生了根本性变化。
半导体封装作为半导体制造的关键环节,其发展历程经历了多次重大变革。从早期的双列直插封装(DIP),到20世纪80年代的SOP、LCC和QFP等表面贴装封装,再到90年代的BGA等先进封装技术的涌现,封装技术不断朝着高引脚数量、高集成的方向发展。进入21世纪后,随着封装尺寸的进一步缩小和工作频率的增加,CSP、WLP、SIP以及2.5D/3D封装等先进封装技术相继问世,半导体封装正式迈入了一个全新的时代。
在先进封装技术的推动下,CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)技术作为一种新兴的封装方式,受到了业界的广泛关注。通过将芯片与晶圆直接结合,CoWoS技术显著提升了芯片的集成度和性能,为封装测试企业带来了新的发展机遇。随着国产AI芯片的加速渗透,特别是在大模型训练和推理方面的广泛应用,对先进封装技术的需求呈现出井喷式增长。
在AI芯片领域,先进封装技术的应用尤为关键。随着人工智能技术的快速发展,AI芯片对计算速度和算力的要求不断提高,这使得高速信号传输、优化散热性能、实现更小型化封装、降低成本、提高可靠性以及实现芯片堆叠等成为封装领域的新追求。而先进封装技术正是满足这些需求的理想选择。例如,HBM通过采用TSV硅通孔技术等先进封装技术,将多个DRAM垂直堆叠在一起,实现了内存与GPU芯片的紧密集成,不仅节约了芯片面积、降低了功耗,还突破了I/O管脚数量和内存带宽的限制。
随着国产AI芯片的广泛应用,对先进封装技术的需求也越来越高。这不仅推动了封装测试企业积极进行技术升级和产能扩张,也加速了国产封装设备的研发和应用。在国产设备的突飞猛进中,一些关键设备已经取得了显著进展。例如,华卓精科独立研发了一系列高端设备,打破了国产HBM芯片的发展瓶颈;普莱信智能的Loong系列TCB设备,在芯片贴装精度和效率方面达到了国际领先水平;北方华创的Ausip T830电镀设备,专为硅通孔铜填充设计,应用于2.5D/3D先进封装领域。
盛美上海和青禾晶元等企业也在先进封装设备领域取得了重要突破。盛美上海的水平电镀设备为半导体制造过程中的面板级封装环节提供了创新性的解决方案;青禾晶元发布的SAB 82CWW系列混合键合设备,可应用于存储器、Micro-LED显示、CMOS图像传感器等多个领域。
随着国产AI芯片的加速发展和先进封装技术的广泛应用,国产设备在先进封装领域的应用前景越来越广阔。有业内人士表示,先进封装目前已成为半导体领域创新最多、投资最集中的细分领域之一。无论是晶圆代工厂、EDA公司、IC设计公司还是封装厂和设备厂,都在积极拥抱先进封装技术,推动整个半导体产业继续向前发展。