先进封装的广阔视野——对话长电科技首席技术长李春兴
2022-01-12
18:58:00
来源: 互联网
点击
先进封装技术因其在延续摩尔定律，促进芯片性能提升方面的重要价值，近来成为IDM与OSAT企业共同关注的焦点。随着技术演进，各应用领域对采用先进封装的芯片成品，也呈现出多元化需求。
作为从业者，会如何看待先进封装的发展趋势？对不同先进封装技术的现状和发展又有怎样的见解？日前，长电科技首席技术长李春兴（Lee Choon Heung）先生，与美国Semiconductor Engineering网站进行了一次涉及半导体市场前景、摩尔定律、小芯片（Chiplet）、扇出型封装（Fan-out）等市场与行业热点的对话。
李春兴 Lee Choon Heung
李春兴博士自2019年5月17日起出任长电科技首席技术长，拥有美国凯斯西储大学理论固体物理博士学位。
李春兴博士在半导体领域拥有20多年的工作经验，曾任Amkor Technology首席技术官、全球制造业务执行副总裁和Amkor韩国总裁。李博士撰写有各种封装技术相关课题的研究论文，拥有韩国专利38项，美国专利21项。
以下为对话摘录（SE=Semiconductor Engineering）：
SE：我们现在处于半导体周期的哪个阶段？
李春兴：2020 年整个半导体行业的增长率约为10%。到2021年，预计将增长将达到24%左右。今年较高的增长可以归因于新冠疫情的影响——大家都在购买各种电子设备，保持与外界的连接。如果对2022年做个预测，增长率可能只有个位数字。尽管如此，就半导体复合年增长率或CAGR而言，不考虑通货膨胀或其它因素，只是看半导体市场本身，这个（增长）仍然是很稳定的。只有2021年比较特殊。
SE：芯片市场有哪些主要驱动因素？
李春兴：汽车行业是推动力之一。尽管存在芯片短缺，但汽车行业仍在增长，电动汽车、自动驾驶等正在推动（芯片市场）增长。现在汽车行业一直关注安全性，与安全相关的功能，例如传感器或者高级驾驶辅助系统（Advanced Driving Assistance System, ADAS），都是芯片在汽车行业应用增长的推动力。许多汽车产品中，每辆车的电子设备费用达到600美元，而且汽车中的电子设备还将增加。然后还有5G相关应用，比如“车与车”交互，这推动了高端信息应用市场。这些技术现在仍处于早期阶段，不过每个汽车制造商都在关注这一领域。
SE：还有什么在推动半导体市场，对封装有什么影响？
李春兴：另一个驱动因素是人工智能。人工智能涉及高性能计算（HPC）。我们看到与AI或HPC应用相关的FcBGA需求很大。这其中还包括2.5D、3D或高密度扇出型封装产品。云计算是人工智能应用的一个大市场，数据中心行业的需求持续提高，他们需要更好的产品以提高效率并降低运营成本。这部分的市场规模正在以惊人的速度增长。
SE：那 5G 呢？
李春兴：5G是通信领域的重要部分，但5G尚处于早期阶段，还没有进入成熟阶段。由于新冠疫情，一些国家推迟或放慢了5G的基础设施建设，预计明年5G基础设施建设将提速。手机制造商也非常重视将5G功能纳入其智能手机产品。对于OSAT企业，5G是一个很大的驱动力，我们也一直在为5G应用部署相关生产设施，尤其是系统级封装 （SiP）。另外5G还涉及AiP——即封装天线这种新型的封装技术。
SE：您如何看待摩尔定律？
李春兴：摩尔定律所说的“芯片密度每两年翻一倍”这种情况很难继续发生了，它并不是彻底失效，但正在放缓。
SE：此时此刻一些传统的技术正在蓬勃发展。成熟的200mm晶圆需求很大，是这样吗？
李春兴：说起来很神奇，即使在OSAT中，8英寸晶圆级的需求也是巨大的，在某些情况下还要大于12英寸。正如我们所讨论的，汽车行业是这里的一个重要驱动因素，另外还有工业物联网，他们对模拟器件的需求是巨大的。在涉及电动汽车等技术时，功率变得越来越重要。
SE：芯片封装并不是新事物，但几年前它比较边缘，只是封装和保护芯片。然而最近封装在所有行业中变得越来越重要。发生了什么变化？
李春兴：智能手机市场推动了最初的变化。智能手机中嵌入了更多的功能，如果观察3G、4G和5G的演进，就会发现智能手机在同一主板区域内集成了更多芯片，对SiP封装的需求越来越多。随着从3G到4G以及从4G到5G的演进，芯片的大小尺寸（长、宽、高）成为智能手机的关键参数。另一个驱动因素是高性能计算领域。 在先进封封装中，扇出型封装和RDL技术成为封装模式中的基准。
SE：小芯片（Chiplets）是一个热门话题，因为它可以从模块化功能中进行选择。您对此怎么看？
李春兴：很多人都在谈论小芯片。在小芯片出现之前，人们就在想：“我希望在封装架构中拥有不同功能的SoC，而不是传统的单片 SoC。”这是影响封装发展的一个变化。从某种意义上说，这种先进的封装，或先进的产品需要高密度互连。因此，在这种情况下，封装本身不再只是封装单个芯片。在更先进的封装中，必须考虑布局、芯片和封装的互联以及如何布线。这些正在成为元件制造商设计芯片时要考虑的一些基本参数。小芯片封装现已进入市场。这个概念原先来自IDM或元件制造商——他们将封装视为产品性能的一部分。
SE：能再多谈论一些您对小芯片的看法吗？
李春兴：从系统的角度来看，Chiplet是一种多芯片架构。从OSAT的角度来看，问题在于如何真正在封装中优化布局以获得更佳性能。在某些方面，小芯片概念是由元件制造商去定义的，他们设想了拆分SoC的想法。模拟(器件)可能是一个节点。当制造商拥有16nm/14nm/7nm的IP时，需要进一步探索的问题在于如何获得更好的晶圆产量并节省费用。总之从业者正在考虑如何从单片SoC设计中融入多种功能。
SE：2015年，长电科技收购了星科金朋。现在长电科技能提供丰富的封装和技术服务组合，业务遍及全球。接下来有什么计划？
李春兴：长电科技管理层已经提出了未来几年的投入规划。作为OSAT的领先企业，我们会对技术和制造能力进行持续投入。
SE：我们已经看到很多晶圆厂扩大了他们的封装生产能力，例如英特尔、台积电和三星。您对此怎么看？
李春兴：在很多方面，晶圆厂更关注先进的封装形式，这是晶圆厂的前端流程。我们也会专注于自身所长，晶圆级扇出封装就是一个例子。我们正致力于2μm x 2μm线间距的技术开发，从而获得更高性能和更高良率。
SE：让我们谈谈其它封装类型，比如焊线。这仍然是一项大生意对吧？
李春兴：就半导体的产量而言，焊线（封装）约占80%。我们可以看看焊线封装技术的演变，在我们的工厂中，我们可以处理一个芯片中包含2,500根焊线的封装。焊线的优势在于成本和可靠性，引线框封装（Leadframe-based）及LGA封装的价格比较低廉，它的需求量很大，我们也投入很多资源来扩大这类产能。
SE：扇出式封装越来越受欢迎，长电科技对这种技术并不陌生。你们在嵌入式晶圆级球栅阵列（eWLB）有丰富的经验对吗？
李春兴： 长电科技的新加坡工厂是早期的eWLB封装的参与者之一。我们从一开始就使用英飞凌的许可启动了eWLB。扇出是一个分散的细分市场，我们也正在尝试进入不同的细分市场。eWLB适合小批量、多元化的市场，在性能表现方面也很有价值，且具有封装尺寸小的优势。我们仍在关注eWLB市场的增长趋势。
SE：长电科技最近凭借一项名为XDFOI™的技术进入了高密度扇出市场。能否介绍一下？
李春兴：长电科技在今年发布了XDFOI™。这基本上是一种RDL优先，高密度扇出技术。我们正在开发具有2μm线宽和间距的RDL。相比之下，eWLB是10μm/15μm的线宽和间距。我们正在进入高密度扇出市场，为客户提供新的选择。许多人都看到了不需要硅中介层的扇出型封装的价值。因此，长电科技计划为客户提供这种高端扇出产品。
SE：一些公司正在提供可以支持高带宽内存（HBM）内存和其它复杂元件的高密度扇出产品，您对此怎么看？
李春兴：当然，我们也有需要不同内存配置的高密度扇出产品的客户。
SE：高密度封装的线间距是怎样的趋势？
李春兴：目前，4μm x 4μm线间距已经量产（HVM），2μm x 2μm线间距也正在向量产迈进。虽然步进式光刻机可以处理1μm x 1μm线间距，但量产良率仍存在挑战。如果不能解决量产良率，就没有任何价值，所以我们还是更关注高良率。相比之下，采用四层RDL和2μm x 2μm线间距，良率要高得多。
SE：你们的光刻流程是使用传统步进式光刻机还是直写式？
李春兴：我们使用步进式光刻机。我们正在使用先进的系统，可以处理2μm x 2μm线间距。
SE：扇出的最大挑战是芯片移位和翘曲，对吗？
李春兴：在2umx2um线间距这样的尺寸下，芯片移位并不是主要问题。当达到这么高的集成度时，particle才是最大的挑战。
SE：这意味着您需要更多的检查手段？
李：没错。在像10μm线间距这样普通RDL中，底切是1μm。但到了2μm，底切是一个很大的挑战。对比10μm x 10μm与2μm x 2μm，挑战性完全不同。因此，需要非常谨慎地对过程进行优化。
SE：您对面板形式的扇出（panel-level fan-out）有何看法？
李：四五年前我并不乐观。问题出在面板格式方面没有标准，设备也不够成熟。今天这方面的驱动力又来自哪里？面板形式封装要与晶圆级做对比——我不是在谈论市场本身，也不是在谈论哪些客户会采用它。从成本的角度来看，如果一条12英寸线已经折旧了，你想开启一个面板生产线，就必须考虑折旧问题。然后，新产品导入时，需要在面板上进行完整的认证，这是一种不同于晶圆级的调试过程。在一次会议上，我对晶圆级与面板级进行了比较。以7μm x 7μm的编解码芯片为例，假设智能手机的销量约为14亿部，那么就需要14亿个此类封装。那么假设你拥有每月生产20,000个面板的产能，而只需要10,000平方米的面板就可以支撑这14亿个产品。
SE：您对混合键合有什么想法？
李春兴：混合键合在我们的计划蓝图里，这与凸块技术有关。索尼一直在使用混合键合，将之用于CMOS图像传感器。现在，很多人都在研究混合键合，它可以实现高密度的芯片到芯片键合，基本上是铜对铜的粘合。在混合键合中，不用铜凸块上加入银锡合金罩，它只是铜对铜，晶圆对晶圆键合的另一种互连过程。
SE：在现在的先进封装中，芯片使用铜微凸块堆叠和粘合。最先进的微凸块采用40μm间距，相当于20μm至25μm凸块尺寸，管芯上相邻凸块之间的间距为15μm。业界正在致力于开发超过40μm的更细间距，以实现更多 I/O。您对此怎么看？
李春兴：现在，40μm是量产中的常见凸块间距。我们也正在致力于10μm，尝试在这方面建立我们的工程数据。如果客户希望他们产品的芯片到芯片键合间距降低到10μm，我们也能够处理。但是当涉及到小于1μm的间距时，就会变得非常有挑战性。通常这个挑战会由晶圆厂去应对。一般来说OSAT的能力就只到10μm。
SE：您有关注热压粘合吗？
李春兴：没有。我们实际上是采用激光辅助键合（LAB）。LAB将激光束照射到芯片上，其中凸点尖端是Sn或SnAg，用于将它们连接到基板。这提供了比热压更高的UPH（每小时产出）和更强大的互连，它的残余应力比回流焊（MR）小得多。
SE：最后，有什么让你非常担心的事吗？
李春兴：在某些情况下，OSAT与晶圆厂在封装技术上会有重叠，这使得OSAT的业务在投资支出和投资回报率方面有更多不确定性，另外也包括购置自动化专用的制造基础设施时也可能出现竞争。
责任编辑：sophie
相关文章
©2023 半导体行业观察
Copyright©2023 上海爱思尔教育科技有限公司 皖ICP备19011903号-2 皖公网安备 34019202000656号