半導體行業正邁入一個被稱為“后摩爾時代”的全新階段,這一時期的顯著特征是芯片制程工藝逐漸逼近物理極限,迫使技術創新的重心轉向封裝領域。先進封裝技術,以其高密度集成、高性能優化及成本優勢,已成為推動AI、高性能計算(HPC)、5G等前沿科技發展的核心力量。
與傳統封裝技術相比,先進封裝絕非簡單的延續,而是一場革命性的飛躍。它不僅在封裝密度、性能和功能方面實現了顯著提升,而且對生產設備的要求也達到了前所未有的高度。傳統封裝主要依賴引線框架來承載芯片,而先進封裝則采用面陣列引腳和高性能多層基板,承載方式發生了根本性變化。
半導體封裝作為半導體制造的關鍵環節,其發展歷程經歷了多次重大變革。從早期的雙列直插封裝(DIP),到20世紀80年代的SOP、LCC和QFP等表面貼裝封裝,再到90年代的BGA等先進封裝技術的涌現,封裝技術不斷朝著高引腳數量、高集成的方向發展。進入21世紀后,隨著封裝尺寸的進一步縮小和工作頻率的增加,CSP、WLP、SIP以及2.5D/3D封裝等先進封裝技術相繼問世,半導體封裝正式邁入了一個全新的時代。
在先進封裝技術的推動下,CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)技術作為一種新興的封裝方式,受到了業界的廣泛關注。通過將芯片與晶圓直接結合,CoWoS技術顯著提升了芯片的集成度和性能,為封裝測試企業帶來了新的發展機遇。隨著國產AI芯片的加速滲透,特別是在大模型訓練和推理方面的廣泛應用,對先進封裝技術的需求呈現出井噴式增長。
在AI芯片領域,先進封裝技術的應用尤為關鍵。隨著人工智能技術的快速發展,AI芯片對計算速度和算力的要求不斷提高,這使得高速信號傳輸、優化散熱性能、實現更小型化封裝、降低成本、提高可靠性以及實現芯片堆疊等成為封裝領域的新追求。而先進封裝技術正是滿足這些需求的理想選擇。例如,HBM通過采用TSV硅通孔技術等先進封裝技術,將多個DRAM垂直堆疊在一起,實現了內存與GPU芯片的緊密集成,不僅節約了芯片面積、降低了功耗,還突破了I/O管腳數量和內存帶寬的限制。
隨著國產AI芯片的廣泛應用,對先進封裝技術的需求也越來越高。這不僅推動了封裝測試企業積極進行技術升級和產能擴張,也加速了國產封裝設備的研發和應用。在國產設備的突飛猛進中,一些關鍵設備已經取得了顯著進展。例如,華卓精科獨立研發了一系列高端設備,打破了國產HBM芯片的發展瓶頸;普萊信智能的Loong系列TCB設備,在芯片貼裝精度和效率方面達到了國際領先水平;北方華創的Ausip T830電鍍設備,專為硅通孔銅填充設計,應用于2.5D/3D先進封裝領域。
盛美上海和青禾晶元等企業也在先進封裝設備領域取得了重要突破。盛美上海的水平電鍍設備為半導體制造過程中的面板級封裝環節提供了創新性的解決方案;青禾晶元發布的SAB 82CWW系列混合鍵合設備,可應用于存儲器、Micro-LED顯示、CMOS圖像傳感器等多個領域。
隨著國產AI芯片的加速發展和先進封裝技術的廣泛應用,國產設備在先進封裝領域的應用前景越來越廣闊。有業內人士表示,先進封裝目前已成為半導體領域創新最多、投資最集中的細分領域之一。無論是晶圓代工廠、EDA公司、IC設計公司還是封裝廠和設備廠,都在積極擁抱先進封裝技術,推動整個半導體產業繼續向前發展。