当前和未来的包装趋势

半导体工程坐下来讨论IC封装技术的趋势和其他话题，威廉陈，研究员日月光半导体；迈克尔凯利，高级包装开发和集成副总裁公司；Richard Otte, Promex的总裁兼首席执行官QP技术；Michael Liu，微软全球技术营销高级总监JCET；和托马斯·乌尔曼(Thomas Uhrmann)电动汽车集团．以下是那次谈话的节选。

SE: IC封装并不是什么新鲜事。几年前，包装或多或少是次要的。给定的IC包只是简单地封装和保护芯片。然而，最近包装在所有行业中都变得越来越重要。改变了什么?

陈:包装曾经是幕后的，但时代已经变了。这有几个原因。摩尔定律要么到达终点的开始，要么到达终点的中间，要么走向终点。我们正处于5nm节点，3nm和2nm节点即将到来。然后呢?在这些节点上，骰子变得非常昂贵。我们要尽可能经济地利用骰子。与此同时，用户或芯片设计人员希望拥有具有良好产量的芯片。要拥有自己想要的一切，死就会到达十字线的范围内。所有这些因素都汇集在一起。所以现在我们说，‘为什么不把骰子拆成小块呢?他说，一些领先的公司正在这样做，而且做得非常有效。这叫做小纸片。在chiplets，我们正在处理一个包中的多个小芯片。但是当你在一个封装中有多个芯片相互连接时，你就必须要问，如何通过电、热和机械来封装它?这就解释了为什么包装会成为人们关注的焦点。

凯莉:如果你回到过去，包装总是很重要的。我喜欢用比率来思考问题，或者说是性能与成本的比率。包装一直是这一比例的一部分，但它一直被成本部分所主导。最近，当你研究异构集成和芯片时，包装正在使性能方面的比率成为可能。成本依然存在。每个人都希望以尽可能低的成本获得更好的性能。再说一次，包装一直很重要，但现在它在性能方面的比例很重要。在某些情况下，它是可行的，无论是晶体管数量还是最小化最新节点的大小，因此您不必花费超过所需的费用来获得完整的集成。这些都是大家关注包装的几个原因。这直接关系到产品的性能。

Otte:摩尔定律实际上是针对半导体芯片本身的，因为它只专注于使芯片的功能更小。这些好处是如此之大，以至于该行业从未将重点放在包装上，这意味着引线框、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、密度更高的电子设备时，我们已经达到了5微米的精细程度，就像经典的机械组装一样。半导体行业学会了如何制造比这更小的高精度物体。所以突然间，我们发现我们可以利用我们开发的芯片技术来制造包装，我们可以把东西做得足够小。从技术上讲，互连可以比大多数互连要小得多。我们把它们留得很大，这样我们就能看到和处理它们。但现在，增加功能和更大的散热的压力迫使我们在包装和模具的单位体积上获得更多的功能，这意味着使互连更小。

SE:让我们看看今年下半年或明年的情况。从你的角度看，你看到了什么?

刘:在我拿出我的水晶球之前，让我补充一下前面的问题。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，还需要切实考虑上市时间。在评估芯片的真实业务案例时，这对osat来说尤其重要。这确实是osat的一个重要考虑因素，也是决定是否、何时以及如何投资芯片的最终因素。每当我们的客户和我们谈论芯片时，他们总会问这样一个问题:‘芯片在上市时间方面能给我们带来多少帮助?“我们总是发现很难量化这些问题的答案。异构集成的整个价值链尚不清晰。这是我们所有人——osat、代工厂和idm——在这一过程中需要思考的问题。与此同时，展望未来，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，到目前为止，我们还没有看到整个供应链完全满足需求的捷径。 From our perspective, we have seen a backlog of orders till the end of this year and early next year. That pretty much means full-capacity demand. Number two, we have been very strong in communications, mobile and 5G. On the high-performance computing and automotive side, we’ve also seen a huge spike when it comes to customer demand during the last few months. The aforementioned two indicators have also driven us to look into innovative ways to satisfy demand in the most efficient manner. As we’ve learned, bidding for new equipment alone doesn’t offer a complete answer. OSATs have to be creative and smart about how to best utilize our existing capacity and resources in order to ride out this IC shortage wave, while getting prepared for an inexorable correction or even downturn.

Uhrmann:大公司正在意识到包装的作用。这种转变在过去三年变得更加明显。一个重要的步骤是idm和代工厂就封装中下一个节点的插入点正式宣布封装路线图。人们认为，10μm始终是标准封装的凹凸间距极限。在10μm以下，行业需要新的互连技术。在这种情况下，它是杂化键。9μm的插入点是非常清楚的，而且主要参与者都非常清楚。这告诉我们他们将如何前进，以及新节点将在哪里推动先进包装行业。当然，如果你要缩放晶体管，封装和互连需要以同样的方式缩放。这是人们在整个讨论中忘记的。 That’s definitely one of the trends. In addition, thePPAC(功率、性能、面积、成本)比率将继续成为我们需要包装的主要驱动力之一。扩大规模变得越来越困难。网格越来越大，芯片上的封装和系统也越来越复杂。其中一个解决方案是智能包装。这增加了包装的重要性。我们有非常昂贵的芯片，我们必须处理，我们必须包装。在这里，新包装技术的第一个要点是高性能。我们不仅看到了电子系统的封装，也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流程。汽车传感器也是如此。

凯莉:向异构和小芯片的转变已经进行了很长一段时间。此外，我们还看到了这些最新的市场趋势，如芯片短缺和基板短缺。这只是为如何节省最新的硅节点的讨论增添了燃料，特别是在最初的硅节点启动期间，当晶圆供应不足时。市场上材料短缺的趋势在一定程度上刺激了这种讨论。然后，在技术方面，这种向异构集成发展的趋势需要增加封装级信号的数量，以允许单独的模对模通信，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，并且这些公共接口的电气/机械规范被采用，那么我预计向异构封装的转换将会加速。硅光子学也将受益于这些发展，并将在未来几年显著增长。

陈:在汽车方面，我们有两个趋势。其一是电气化趋势。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传感、车对车通信和高性能计算。然而，这给包装带来了一些巨大的挑战。我们已经在空调房间里拥有高性能计算。现在，我们谈论的是坐在汽车里的高性能计算。它与其他汽车通信，与云通信，也与自身通信。这给我们的行业带来了一些重要的挑战。很多都是包装问题。 The electronics for a server in a data center, or a smartphone in a consumer’s hand have very different requirements to an autonomous automobile on the road. These are areas that are yet to be fully explored, but they are going to present great challenges for us. Smartphones and data centers have been key drivers for semiconductor innovation. And we now see automotive evolving at a significant pace. These applications all have their unique needs and requirements, but at the same time, they all help each other. Innovative packaging technologies are not limited to one application, but instead, they are cross-fertilizing and adding value across an increasing number of applications.

SE:先进的包装往往会占据头条，并且正在取得进展。然而，线键合和倒装芯片今天仍然被广泛使用。事实上，所有的包中有很大一部分使用了线粘接。这里发生了什么?

Otte:Wirebond继续被广泛使用，因为它很容易重新配置。你不需要经过重新制造基片或模具的过程。你可以重新编程绑定器，这大约需要15分钟的时间。这就是为什么电线键合一直被使用。鉴于这种多功能性，人们一直在努力逐步改善电线的结合。我们现在使用铜线和镀银铜线。这些都是边际上的改进。它们不是2的因数。这些都是5%和10%的因素，这些因素总的来说很重要。随着数量的增长，所有这些都是值得做的。 I anticipate those kinds of changes continuing forever in our technologies, as things do what I’ll call ‘approach the asymptote’ in almost anything we address. To me, though, the more difficult issues relate to these emerging technologies and how we incorporate them. For example, we have thermal compression bonding with 10,000-plus bumps and driving the pitch down. There’s much benefit to reducing the pitch on these bumps, but that’s one of the really hard things to do for a variety of reasons. There are the co-planarity issues. There are the contamination issues. There are building redundancy or making sure all 10,000 bumps connect, and those kinds of issues. When we have these large numbers, the statistics start to work against you. A failure of one bump in a million becomes an expensive phenomenon if you are bonding 10,000 bumps.

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