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现在和未来的封装装趋势
信息来源:2021-08-31


SE:IC 封装并不新鲜。多年前,包装或多或少是在后台。给定的 IC 封装只是封装和保护芯片。然而,最近,包装在所有行业中变得越来越重要。发生了什么变化?


陈:封装曾经是幕后,但时代变了。这有几个原因。摩尔定律要么到达结束的开始,要么到达结束的中间,要么即将结束。我们处于 5nm 节点,3nm 和 2nm 节点即将到来。然后什么?在这些节点上,芯片变得非常昂贵。我们希望尽可能经济地利用模具。同时,用户或芯片设计者都希望有良率好的芯片。为了拥有他们想要的一切,模具将达到十字线范围。所有这些事情都汇聚在一起。所以现在我们要说,“我们为什么不把芯片拆成小块呢?”有一些领先的公司在做这件事,而且他们做得非常有效。这就是所谓的小芯片。在小芯片中,我们正在处理一个封装中的多个小芯片。但是,当您在封装中互连多个芯片时,您不得不问如何进行电气、热学和机械封装?这解释了封装成为最前沿的原因之一。


凯利:如果你回到过去,封装总是很重要的。我喜欢用比率来考虑事情,或者说性能与成本的比率。封装一直参与该比例,但一直由该比例的成本部分主导。最近,当您进入异构集成和小芯片等领域时,封装正在实现该比率的性能方面。成本还是有的。每个人都希望以尽可能低的成本获得更好的性能。再一次,封装一直很重要,但现在它在该比率的性能方面很重要。在某些情况下,无论是晶体管数量还是使最新节点的尺寸小型化,它都可以实现,因此您不必花费超过获得完全集成所需的费用。这是每个人都关注封装的几个原因。它直接关系到产品的性能。


Otte:摩尔定律真正针对的是半导体芯片本身,因为它只专注于使芯片功能更小。这些好处是如此之大,以至于该行业从未关注过封装,即引线框架、电路板和连接器。因此,多年来电子互连的进展速度要慢得多。今天,在制造更小、更高密度的电子设备时,我们已经达到了 5 微米与经典机械组装一样精细的程度。半导体行业学会了如何以高精度制造比这更小的东西。所以突然之间,我们发现自己利用我们开发的制造芯片的技术来制造封装,我们能够把东西做得足够小。从技术上讲,互连可以比大多数互连小得多。我们把它们留得很大,这样我们就可以看到和处理它们。但是现在,增加功能和更大散热的压力迫使我们在每单位体积的封装和芯片上获得更多功能,这意味着使互连更小。


SE:让我们看看今年下半年或明年。从你的角度来看,你在外面看到了什么?

刘:在我拿出我的水晶球之前,让我补充一下之前的问题。除了成本、性能、功能密度以及摩尔定律从硅级到封装级的演变之外,还需要对上市时间进行实际考虑。在评估小芯片的真实商业案例时,这对于 OSAT 尤其重要。这确实是 OSAT 的一个重要考虑因素,也是决定是否、何时以及如何投资小芯片的最终因素。每当我们的客户与我们谈论小芯片时,他们总是问这样一个问题:“小芯片在上市时间方面对我们有多大帮助?”我们总是发现为他们量化答案非常具有挑战性。异构集成的整个价值链尚不清楚。这是我们所有人——OSAT、代工厂和 IDM——一路思考的问题。同时,展望未来,不幸的是,我们预计芯片短缺的情况将持续到明年年底。这是一个非常粗略的预测,这背后有两个原因。第一,我们只是没有看到整个供应链完全赶上我们迄今为止看到的需求的捷径。从我们的角度来看,我们看到订单积压到今年年底和明年初。这几乎意味着满负荷的需求。第二,我们在通信、移动和 5G 方面非常强大。在高性能计算和汽车方面,在过去几个月中,客户需求也出现了大幅增长。上述两个指标也促使我们探索创新方式,以最有效的方式满足需求。正如我们所知,仅对新设备进行投标并不能提供完整的答案。 OSAT 必须在如何最好地利用我们现有的能力和资源以渡过这一 IC 短缺浪潮方面具有创造性和智慧,同时为不可避免的修正甚至低迷做好准备。


Uhrmann:大公司正在意识到封装的作用。在过去三年中,这种转变变得更加明显。一个重要的步骤是 IDM 和代工厂在封装中的下一个节点的插入点上正式宣布了封装路线图。有人认为 10μm 水平始终是标准封装的凸点间距限制。而在 10μm 以下,行业需要新的互连技术。在这种情况下,它是混合键合。 9μm的插入点很清楚,主要参与者也很清楚。这告诉我们它们将如何进行,以及新节点将在何处推动先进封装行业。当然,如果您要缩放晶体管,则封装和互连需要以相同的方式缩放。这就是人们在整个讨论中忘记的东西。这绝对是趋势之一。此外,PPAC(功率、性能、面积、成本)比率将继续成为我们需要封装的主要驱动因素之一。缩放变得越来越困难。光罩变得非常大,芯片上的封装和系统变得越来越复杂。这里的解决方案之一是智能包装。这增加了包装的重要性。我们有非常昂贵的芯片需要处理和打包。新封装技术的第一个插入点是高性能。我们不仅看到了电子系统的封装,还看到了光子学的封装。我们将看到更多的激光雷达和深度传感,这需要不同的封装和工艺。汽车传感器也是如此。


Kelly:向异构和小芯片的转变已经进行了很长时间。此外,我们还看到了芯片短缺和基板短缺等最新的市场趋势。这只是为关于如何节省最新硅节点的讨论增加燃料,尤其是在最初的硅节点启动期间,当晶圆供不应求时。市场上关于材料短缺的这些趋势在一定程度上刺激了这种讨论。然后,在技术方面,这种异构集成趋势需要增加封装级信号的数量,以允许单独的芯片到芯片通信,类似于 SoC 内部的功能块到功能块。一旦 IC 封装基础设施广泛可用并采用这些通用接口的电气/机械规范,那么我预计向异构封装的转换将加速。硅光子学也将从这些发展中受益,并将在未来几年内显着增长。


陈:在汽车方面,我们有两个趋势。一是电气化趋势。人们说的另一件事是我们将拥有带轮子的智能手机。也就是说,我们希望在车辆中拥有大量的环境感知、车对车通信和高性能计算。然而,这对包装提出了一些巨大的挑战。我们已经在空调房间里安装了高性能计算。现在,我们正在谈论坐在汽车中的高性能计算。它与其他汽车通信,与云通信,也在自身内部进行通信。这些给我们的行业带来了一些重要的挑战。许多是包装问题。数据中心服务器的电子设备或消费者手中的智能手机与道路上的自动驾驶汽车有着截然不同的要求。这些领域还有待充分探索,但它们将给我们带来巨大的挑战。智能手机和数据中心一直是半导体创新的关键驱动力。我们现在看到汽车以显着的速度发展。这些应用程序都有其独特的需求和要求,但同时,它们都互相帮助。创新的封装技术不仅限于一种应用,而是在越来越多的应用中相互促进和增加价值。


SE:高级封装往往成为头条新闻并正在取得进展。然而,引线键合和倒装芯片今天仍然被广泛使用。事实上,所有封装中有很大一部分使用引线键合。这里发生了什么事?


Otte:Wirebond 继续被广泛使用,因为它很容易重新配置。您不必经历重新制造基板或芯片的过程。您只需对焊线机重新编程即可,这大约需要 15 分钟的时间。所以这就是继续使用引线键合的原因。鉴于这种多功能性,人们一直在努力逐步改进引线键合。我们现在使用的是铜线和镀银铜线。这些都是边际上的改进。它们不是两个的因数。这些是 5% 和 10% 的因素,总的来说很重要。随着交易量的增长,所有这些都是值得的。我预计这些类型的变化会在我们的技术中永远持续下去,因为在我们处理的几乎任何事情中,事情都会发生我称之为“逼近渐近线”的事情。不过,对我而言,更困难的问题与这些新兴技术以及我们如何整合它们有关。例如,我们有 10,000 多个凸点的热压粘合并降低间距。减少这些颠簸的音高有很多好处,但由于各种原因,这是非常困难的事情之一。存在共面性问题。还有污染问题。存在构建冗余或确保所有 10,000 个凸点连接,以及诸如此类的问题。当我们有这些大数字时,统计数据开始对你不利。如果您要粘合 10,000 个凸点,则百万分之一的凸点失败将成为一种代价高昂的现象。





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