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当前和未来的包装趋势

专家们在讨论:不断上升的成本和网格的物理限制迫使更多的公司研究缩小的几何图形的替代方案。

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《半导体工程》杂志与美国加州大学伯克利分校的研究员William Chen一起讨论了IC封装技术的发展趋势和其他话题日月光半导体;迈克尔凯利,高级包装开发和集成副总裁公司;Richard Otte, Promex总裁兼首席执行官QP技术;迈克尔刘,全球技术营销高级总监JCET;公司业务发展总监托马斯•乌尔曼(Thomas Uhrmann)电动汽车集团.以下是那次谈话的节选。

集成电路封装并不是什么新东西。几年前,包装或多或少是在幕后。给定的集成电路封装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:包装曾经是背景,但时代已经改变了。这有几个原因。摩尔定律是到达终点的起点,终点的中间,还是到达终点我们在5nm节点上,3nm和2nm节点在地平线上。然后呢?在这些节点上,骰子变得非常昂贵。我们想要尽可能经济地利用模具。与此同时,用户或芯片设计者希望芯片具有良好的产量。为了得到他们想要的一切,死亡将会到达十字线范围所有这些都在一起。所以现在我们在说,‘我们为什么不把模具分成小块呢?’有一些领先的公司在做这件事,他们做得非常有效。这就是所谓的芯片。在里面chiplets,我们处理的是一个包裹里的多个芯片。但当你在封装中有多个相互连接的芯片时,你必须问,你如何对它进行电、热和机械封装?这就解释了为什么包装会成为主流。

凯莉:如果你回到过去,包装总是很重要的。我喜欢用比率来考虑问题,或者说性能与成本的比率。包装总是参与这个比率,但它一直被比率的成本部分所主导。最近,当您进入异构集成和芯片等领域时,封装使性能方面的比率得以提高。成本仍然存在。每个人都希望以尽可能低的成本获得更好的性能。再一次地,包装一直都很重要,但现在它在性能方面更重要。在某些情况下,它是可行的,无论是晶体管数量还是最新节点的小型化,所以你不必花费更多的钱来获得完整的集成。这些都是大家关注包装的原因。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,以至于行业从未关注过封装,即引线框架、电路板和连接器。因此,电子互连的发展速度在过去的几年里已经下降了很多。如今,在制造更小、密度更高的电子设备时,我们已经达到了5微米的尺寸,这与传统的机械组装差不多。半导体行业学会了如何制造比这更小的高精度产品。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,互连比大多数都要小得多。我们把它们留大了,这样我们就能看到并处理它们。但现在,增加功能和更大散热的压力迫使我们在单位体积包装和模具中获得更多的功能,这意味着要使互连更小。

SE:让我们看看今年下半年或明年。从你的有利位置来看,你看到了什么?

刘:在我拿出水晶球之前,让我补充前面的问题。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外,还需要考虑上市时间。这对于OSAT评估芯片的真实商业案例尤其重要。对于OSAT来说,这的确是一个巨大的考虑因素,也是决定是否、何时以及如何投资于芯片的最终因素。每当我们的客户与我们谈论芯片时,他们总是问这样一个问题:“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、铸造厂和IDM——在这一过程中需要思考的问题。同时,展望未来,我们预计芯片短缺状况将持续到明年年底。这是一个非常粗略的预测,背后有两个原因。第一,我们只是看不到一条捷径,让整个供应链完全赶上我们目前看到的需求。从我们的角度来看,到今年年底和明年初,我们已经看到订单积压。这几乎意味着全容量需求。第二,我们在通信、移动和5G领域非常强大。在高性能计算和汽车方面,在过去几个月里,当涉及到客户需求时,我们也看到了巨大的增长。上述两项指标也促使我们研究创新方法,以最有效的方式满足需求。正如我们所了解到的,单是对新设备的投标并不能提供一个完整的答案。OSAT必须在如何最好地利用我们现有的能力和资源方面具有创造性和智慧,以渡过IC短缺的浪潮,同时为不可避免的修正甚至衰退做好准备。

乌尔曼:大公司正在意识到包装的作用。这种转变在过去三年里变得更加明显。一个重要的步骤是idm和铸造厂在封装的下一个节点的插入点上正式宣布封装路线图。有人认为,10μm水平始终是标准包装的凹凸节距限制。而在10μm以下,行业就需要新的互连技术。在这个例子中,它是杂化键。9μm的插入点很清楚,主要玩家也很清楚。这告诉我们它们将如何进行,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。这就是人们在整个讨论中忘记的东西。 That’s definitely one of the trends. In addition, thePPAC(功率、性能、面积、成本)比将继续是我们为什么需要包装的主要驱动力之一。扩大规模变得越来越困难。光面越来越大,芯片上的封装和系统也越来越复杂。这里的解决方案之一是智能包装。这就增加了包装的重要性。我们有非常昂贵的芯片需要处理和包装。在这里,新封装技术的第一点是高性能。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,这需要不同的包和过程。汽车传感器也是如此。

凯莉:向异质和芯片的转变已经进行了很长一段时间。此外,我们也看到了最新的市场趋势,如芯片短缺和衬底短缺。这只是为如何节约最新硅节点的讨论增加了燃料,特别是在硅节点启动的初始阶段,当晶圆供应不足时。市场上关于材料短缺的趋势在某种程度上激发了这种讨论。然后,在技术方面,这种异构集成的趋势需要增加包级信号的数量,以允许单独的芯片对芯片通信,类似于SoC中的功能块对功能块。一旦IC封装基础设施广泛可用,并且采用了这些通用接口的电气/机械规范,我预计向异构封装的转换将会加速。硅光子学也将从这些发展中受益,并将在未来几年显著增长。

陈:在汽车领域,我们有两个趋势。一个是电气化的趋势。人们说的另一件事是我们将会有一个轮子上的智能手机。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。我们已经在有空调的房间里安装了高性能计算。现在,我们谈论的是坐在车里的高性能计算。它可以与其他汽车沟通,与云沟通,也可以与自身沟通。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:先进的包装往往占据头条,并正在取得进展。然而,导线键合和倒装芯片至今仍被广泛使用。事实上,大部分的包都使用了线连接。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。您不必经历重新制造基板或模具的过程。您只需重新编程wirebonder,这大约需要15分钟的时间。所以这就是为什么继续使用引线键合。鉴于这种多功能性,人们一直致力于逐步改善引线键合。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。它们不是两个因素。这些都是5%和10%左右的因素,总的来说很重要。随着业务量的增长,所有这些都是值得做的。我预计我们的技术将永远持续这种变化,因为在我们所处理的几乎任何事情中,都会发生我称之为“接近渐近线”的变化。然而,对我来说,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10000多个凸点的热压缩键合,并使螺距下降。在这些颠簸中减少沥青有很多好处,但由于各种原因,这是一件非常困难的事情。还有共同平面性问题。还有污染问题。有建筑冗余或确保所有10000个凸点连接,以及诸如此类的问题。当我们有了这么大的数字,统计数据就开始对你不利了。如果要粘合10000个凸点,百万分之一的凸点失败将成为一种昂贵的现象。

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1评论

Shameem汗 说:

伟大的文章。

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