曾經，傳統封測在半導體產業鏈中并不是很起眼的環節。先進封裝的出現，讓業界看到了通過電子封裝推動芯片高密度集成、性能提升、體積微型化和成本下降的巨大潛力。隨著摩爾定律步伐放緩，電子封裝進一步成為推動半導體發展的關鍵力量之一。
11月3日，國家科學技術獎勵大會在北京舉行。由華中科技大學、華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司、中國科學院上海微系統與信息技術研究所、江蘇長電科技股份有限公司、通富微電子股份有限公司、華天科技（昆山）電子有限公司、蘇州旭創科技有限公司、中國電子科技集團公司第五十八研究所、香港應用科技研究院有限公司、武漢大學合作完成的“高密度高可靠電子封裝關鍵技術及成套工藝”，榮獲國家科學技術進步獎一等獎。隨著后摩爾時代來臨，先進封裝正在成為半導體產品性能提升的必由之路，也成為推動國內集成電路產業集聚發展的重要動力。
意義：先進封裝是半導體性能提升關鍵力量
“到了后摩爾時代，我們已經不再單純以線寬線距和集成度的尺寸論英雄，而是更多地考慮如何提升系統的性能以及如何在整個微系統上提升集成度。為尋求提升集成電路產品系統集成、高速、高頻、三維、超細節距互連等特征，封裝的作用愈發凸顯。先進封裝已經成為超越摩爾的關鍵賽道，集成電路的成品制造環節的創新能力和價值越來越強。” 長電科技首席執行長鄭力向《中國電子報》表示。
先進封裝在誕生之初以WLP（晶片級封裝）為主，后期進一步向三維發展。目前主流的先進封裝包括凸塊、SiP（系統級封裝）、WL-CSP（晶圓級封裝）、FOWLP（扇出封裝）、FC（倒裝）、eWLB（嵌入式晶圓級球柵陣列）、PiP（堆疊組裝）、PoP（堆疊封裝）等，2.5D封裝和3D封裝技術也逐步成熟并進入商用。
華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司技術副總孫鵬博士向《中國電子報》指出，先進封裝對半導體的提升作用包括五個方面：一是實現芯片封裝小型化、高密度化、多功能化；二是降低產品功耗、提升產品帶寬、減小信號傳輸延遲；三是可實現異質異構的系統集成；四是延續摩爾定律，提升產品性能的有效途徑；五是降低先進節點芯片的設計復雜度和制造成本，縮短開發周期、提高產品良率。
本次獲獎的“高密度高可靠電子封裝關鍵技術及成套工藝”解決了電子封裝行業知識產權“空心化”和“卡脖子”難題，實現了高密度高可靠電子封裝從無到有、由傳統封裝向先進封裝的轉變。
湖南越摩先進半導體CTO、獲獎項目參與者之一謝建友向《中國電子報》指出，高密度是指制程微縮使單位面積的晶體管數量越來越多，I/O也越來越多，封裝密度持續提升。高可靠是指芯片封裝在高冷、高熱、真空等極端環境下會發生翹曲變形等問題，導致芯片失效。所以在封裝過程中，選擇什么楊氏模量、CTE（熱膨脹系數）、泊松比、收縮率、介電常數、損耗角、熱導率的材料，選擇怎樣的膠水等，要經過大量仿真驗證。
除了技術研發，本次項目還錘煉了電子封裝的研發體系。謝建友表示，項目推動形成了協同設計、多物理域仿真以及芯片-封裝-系統三級聯仿的方法論。通過仿真測試、回歸驗證、積累數據，進一步提升研發效率和投片成功率，并降低試錯成本和縮短產品上市周期。
“有時候芯片公司內部測試沒有問題，到客戶端一用回流焊，裂片、性能不達標、參數不對等各種問題都出來了，這不是電性能的問題，很多時候是力學、熱學、流體的問題。通過更加先進的研發方法論，我們可以在仿真模型上進行參數調整，在模型的達到平衡之后再去測試，提升流片成功率。”謝建友說。
原因：三大因素促進我國封裝產業能力提升
在半導體產業鏈主要環節中，封裝是中國話語權較強的一環，長電科技、通富微電、天水華天均進入封測企業全球營收前十。
孫鵬表示，我國半導體產業可追溯到20世紀60年代，國內建立了一批半導體生產企業。到了上世紀70年代，部分企業開始參與小規模集成電路研發，在晶圓制造、封裝等方面也有所涉獵，為半導體產業發展打下基礎。進入21世紀后，隨著國際半導體產業向東亞地區轉移，國內在江蘇無錫、蘇州等地形成了產業鏈集聚區，涌現了如長電科技、通富微電、晶方科技等封測企業。隨著企業規模持續增長，國內企業開始由購買國外專利技術向自主研發轉型，封裝技術由低端向中高端拓展。同時通過企業并購，積極引進吸收國外先進技術，實現企業規模和技術實力提升。
鄭力指出，我國封裝產業能力的構建主要得益于三個因素。首先是生產成本與市場方面的優勢，使封裝測試成為全球集成電路產業中最先向我國轉移的環節；其次，我國封測企業進入行業時間較早、技術研發持續性較好；最后，我國封測龍頭企業抓住時機，對國外優質標的大膽收購，實現了產業能力的跨越式發展。
國內封裝產業的發展經驗，能否給其他半導體環節提供借鑒？孫鵬表示，半導體各產業環節應尊重產業發展規律。產業發展壯大需要持續的投入，需要政策支撐與企業立足于市場的研發形成合力。同時，需要產業鏈協同發展，封裝產業壯大離不開國內設計、終端企業做大做強，未來產業的持續發展也離不開國內裝備、材料企業的支撐。
隨著封裝逐漸成為半導體向高性能、高密度發展的驅動力量，封測產業也在成為國內發展半導體產業集群的重要助力。
“縱觀世界各國和地區半導體產業發展歷程，封裝產業往往成為半導體產業‘追趕者’的排頭兵。以韓國、中國臺灣地區的產業崛起過程來看，產業發展均始于封裝轉移的浪潮，通過最先在封裝環節立足，構建產業基礎和集聚效應；通過向上游拓展并引進吸收先進技術，逐步演變為設計、制造和封裝三個環節相互支撐的產業格局。”孫鵬說。
未來：產業協同持續提升市場競爭力
在數字化、低碳環保、消費電子輕量化等趨勢的推動下，先進封裝正在迎來廣闊的發展空間。謝建友表示，先進封裝的市場需求來自五個方面。一是新能源的功率模塊及寬禁帶半導體器件，包括電動汽車、太陽能、風能等領域的器件封裝需求。二是AI和高性能計算，中國是全球最大的半導體應用市場，DPU、VPU、NPU、RISC-V等新產品、新架構層出不窮。加上國內芯片設計公司的技術水平持續提升，也對封裝技術提出了更高的要求。三是可穿戴設備，需要將幾百個器件封裝在極其微縮的產品中。四是醫療技術。五是用于物聯網的傳感器。
謝建友為記者舉了個例子，從前心臟起搏器有鼠標的一半大小，現在通過TSV（硅通孔）將三個芯片疊起來，再放入載板、電池等元器件進行封裝，可以將心臟起搏器的體積縮小到膠囊大小，植入到患者的心室。由于起搏器與心臟的距離更近，能感受到更微弱的信號，只需要更小的脈沖電流就能讓心臟復跳，從而在超微型化的膠囊內讓起搏器仍然具有10-12年的使用壽命。
“先進封裝會對醫療技術帶來革命性的改變。未來可以通過先進封裝，將心率、血氧、血壓、體溫等檢測功能都做進TWS耳機，這是對人類健康與幸福的改善。”謝建友說。
面對不斷涌現的市場機遇，從傳統封裝持續向先進封裝轉變，是國內封裝產業提升市場競爭和盈利能力的必由之路。
在技術層面，企業要認識到封裝在半導體產業的定位變化，持續提升基礎研發能力。鄭力指出，現在產業發展的趨勢很清晰，就是要靠集成電路的后道成品制造技術來驅動集成電路向高性能、高密度發展。“封裝”這個詞已經不能很好表達“先進封裝”的含義，以及高密度封裝的技術需求和技術實際狀態，用“芯片成品制造”去描述更為貼切，更能反映當下的集成電路最后一道制造流程的技術含量和技術內涵。這就要求投入這個領域的從業者要有更強的決心和信心，“板凳要坐十年冷”，寧可花費“十年”時間打磨一項技術，不能抱著賺快錢的心態。
在產業協同方面，要提升與上下游企業的聯動能力。謝建友指出，目前立訊、歌爾等模組企業正在向封裝延伸，臺積電等晶圓制造廠商也在加大封裝投入。與此同時，封裝也在向上下環節擴展，不僅做模組，也通過晶圓級封裝向前道延伸。這需要封測企業與上下游企業形成更好的協作。鄭力也表示，要重點扶持現有半導體成熟產業鏈向縱深發展。共同推動前后道企業協同設計，在芯片前期規劃和設計時就把前道的晶圓制造和后道的成品制造聯系在一起，提高芯片整體性能和良率，提升我國集成電路領域在后摩爾時代的競爭力。
在產業鏈完善程度方面，需要配套的裝備產業、材料產業等協同進步。
“先進封裝對材料，特別是高端基板材料和晶圓級封裝材料，以及化學機械拋光和倒裝封裝設備的需求和要求都在不斷增加，這需要材料、設備和工藝三方的緊密合作與努力。同時，要密切關注從系統、芯片、封裝到產品測試的共同設計和協同合作，以及對Chiplet的理解與實際應用。”鄭力說。
在資源配置方面，要發揮本地資源優勢，并形成區域間的分工協作。孫鵬指出，要發揮本地資源和政策優勢承接區內轉移產業。堅持以市場為導向，規范招商引資行為，促進產銷市場要素的充分流動，實現資源最佳配置。通過承接產業轉移吸納發達地區高新技術，形成產業結構調整和升級的新機制，加快產業升級步伐。另一方面，要以加強各城市間專業化分工協作為導向，推動產業高端化發展。找到不同城市差異化定位，明確自身優勢與資源，與區域其他城市共謀產業協同錯位、互補互促。
