NVIDIA芯片卖疯了
06-18
文章《半导体芯科技》(SiSC)12/1期半导体制造业就像两辆行驶在不同方向的马车。
一是遵循摩尔定律，采用先进工艺路线，重点发展CPU、逻辑、存储等高端芯片，提升芯片的集成能力，以增强信息处理能力。
二是超越摩尔定律，走独特的工艺路线。
芯片类型变得多元化，重点关注如何增加人类与环境的互动，如模拟/射频、光电、电力、传感、生物等。
新兴应用要求业界开发高端芯片和支撑先进的封装技术，因此更高密度的三维集成封装技术成为封装测试工厂的优先选择。
作者：何桂红/MH编辑、校对 2020年1月21日，SiSC第二届“晶心”线上研讨会成功举办。
会议以“先进封装技术发展趋势与应用挑战”为主题。
我们很荣幸邀请到四位行业专家为我们提供演讲帮助。
他们分别是华天科技昆山公司封装技术研究所所长马淑英博士、SUSS MicroTec总经理巩莉博??士、浙江集成电路（浙江）有限公司总经理张莉博士。
、深圳创新投资集团有限公司高级研究员施晓梅博士。
四位专家准备的演讲内容丰富，数据详实，极具参考价值；因此，吸引了很多观众在线收听，大家都受益匪浅。
IC产业现状虽然全球受到了COVID-19疫情的影响，但全球集成电路产业扭转了颓势，成为全球经济的亮点。
尽管全球经济下滑约2%，但IC出货量预计将增长6%。
原因很明显。
人们外出的减少，为家庭办公、家庭互联网创造了商机。
因此，数据中心、笔记本电脑、台式电脑、5G智能手机、游戏机等需要大数据处理和功能连接的IC业务潜力巨大。
从SIA数据可以看出，2018年和2020年IC行业季度出货表现非常正常，即Q1/2/3呈现上升趋势，Q4小幅下滑，周期周而复始；基于5G技术，未来有望使四季度处于上升阶段，年均恢复正常，甚至四季度IC出货量也逐年增长。
这意味着，疫情并未对IC行业产生实质性影响，而只是结构性调整（图1）。
最新报告显示，截至年底，半导体行业已从周期性低迷中复苏；与此同时，芯片短缺已从汽车行业蔓延到智能手机和其他电子设备。
浙江新欣的张博士在题为“《扇出型封装技术及工艺》”的报告开头对此提出了预警。
随着天气转冷、疫情再度爆发，今年经济仍存在不确定因素。
从企业运营的角度来看，值得大家关注。
终端应用驱动封装技术随着智能化、信息化的到来，整个IC市场的应用领域变得多元化、碎片化。
AI、IoT、5G将引领未来应用。
我们可以预测，三者任意组合都将形成超级互联网，成为自动驾驶、工业4.0、智慧医疗、智能安防等市场的引擎。
那么包装行业如何才能满足上述要求呢？来自昆山的华天马博士在题为《先进封装之晶圆级封装》的报告中详细介绍了应用驱动封装技术的历史。
首先，在PC时代，当时的电子产品主要采用BGA、W/B、2D MCM封装。
进入智能手机时代，封装进入系统领域，包括系统级封装（SiP、FOSiP）和堆叠式封装（FOPLP-POP、I-POP、POP）封装；其中，SiP封装在智能手机中的份额逐年增加。
然而，我们面临的AI/HPC时代的特点是需要实现高密度、高带宽的互连。
因此，业界普遍认为，高集成封装是未来封装技术的发展方向，包括同质或异质3D SiP，以及RDL或硅基2.5D封装（图2）。
这一趋势也得到了其他几位发言者的认可。
长袖舞动的Fan-Out先进封装是本次大会的主题。
浙江芯的张博士首先从包装的分类开始。
他认为包装是一个搭积木的过程。
按结构分，有2D封装和3D封装；有基板（Lead Frame、塑料、陶瓷等）和无基板（WLCSP、WLFO等）。
具体来说，基本类别包括WB BGA、WB CSP、FC BGA、FC CSP等。
2.5D Interposer、3D等高端封装离不开基板。
TSV 针对的是硅基板。
此外，还有各种形式的玻璃、陶瓷、模塑料等介电材料（TXV）；因为它们是腕带和智能手表等便携式消费产品。
越来越多的电子产品，其中电源模块和射频模块采用SiP方法，因此SiP封装将保持增量市场。
凸点、柱状、TSV、无凸点、嵌入式等是一些基本的互连方法。
扇出封装（Fan-Out，简称FO）的概念起源于设计领域，即部署电路。
广义上，FO是指除WLCSP（芯片与封装尺寸为1：1）之外的所有封装形式；按照这个定义来划分，比如QFN、基板封装的BGA、倒装芯片（FC）等都应该属于FO。
现在大家常说的FO封装，指的是狭义的FO。
封装结构中没有基板，但芯片面积小于封装面积。
该比率取决于具体应用。
Yole Développement曾解释狭义的FO：在Intel和英飞凌eWLB工艺的推动下，FO于2015年开始实现量产，产量虽小但增长迅速；包装成本高引发争议；今年以来才开始实现快速增长，InFO是主要驱动力之一。
自从台积电的InFO FOWLP（集成扇出晶圆级封装）解决方案用于iPhone A10/A11处理器的封装以来，FO封装引起了市场的广泛关注。
应用范围逐渐从移动智能终端扩展到物联网、汽车电子、数据中心、医疗电子等领域。
从应用领域来看，FO具有最大的兼容性，可以与各领域现有的封装技术形成可选的解决方案。
不同的应用会产生不同的要求，对应不同的封装特性，例如密度和尺寸。
总之，在后续的发展中，FO的产业规模将会越来越大，行业接受度也会不断上升。
FO的多样化与技术本身的灵活性有关。
当然，FO（授权、研发、企业并购）的发展历史也是原因之一。
最早的FO有eWLB和RCP（飞思卡尔与NXP合作）。
年日月光、长电/STARS Chippac和Nanium被授权使用eWLB。
RCP授权给韩国NEPES公司。
Deca 使用 die-up 方法进行 M 系列扇出。
封装。
2019年，台积电推出了针对高端AP的InFO，日月光FOPOP也有意部分取代2.5D封装。
简而言之，FO 有很多变体，它们与传统封装方法（低至几个引脚）兼容，也可以针对高端高密度应用（图 3）。
回顾电子产品的发展趋势，小型化、低功耗、高性能、高集成度已成为主流。
这就需要封装的集成度更高，具体如下： 1）SiP转为FO-SiP； 2) 以前封装在单个封装中的芯片可以从 MCM 转换为 FO-MCM。
谈及FO的技术优势，张博士认为FO实际上是一种重新布线的工艺，其设计灵活性可以实现芯片与基板（包括PCB板）、芯片与芯片之间的互连；另外，在比较FO封装和计算现有封装技术的成本时，系统计算应包括晶圆制造、封装和测试的总成本，而不能仅考虑封装部分的成本。
与WLCSP相比，两者具有相似的优点：1）短连接有利于电信号、功耗和射频； 2）无基板模式可以减小封装尺寸。
在电气性能方面，eWLB（FO）的导电性能（高频/直流和电感）完全超越传统BGA；在封装热阻方面，FO比BGA热阻更小，散热更快。
当然，热阻性能的提升也与封装尺寸有关。
有关的。
在MCM结构中，晶圆或面板平台上的FO工艺可以将芯片间距压缩到最小，有助于提高芯片之间的互连性能。
从供应链角度来看，传统基板封装需要在FAB和多个OSAT之间来回，而FOWLP只需从FAB直接到OSAT，更容易形成一站式服务。
因此，FO的物流供应链和交货期较短。
典型的FO技术因发布会直播，吸引了众多业内老朋友的关注。
张博士明确表示，本次演讲主要是和同事们分享自己对FO技术的看法，并寻找机会对一些工艺，包括国内的一些工艺，做进一步的研究和探索。
材料制造商和设备制造商有可能在哪些领域获得突破机会。
以业界出货量最大、针对中低引脚应用的FO封装eWLB为例，张博士详细分析了eWLB工艺中遇到的问题，并解释了可能影响的因素每个工艺步骤，都可能是由工艺材料造成的。
，也可能来自机制和流程本身。
从载体、贴片、成型、RDL、PVD，还有很大的研究和改进空间（图4）。
综上所述，张博士认为eWLB的挑战和研究价值可能包括以下几点：TRF选择和特性、TRF残留去除解决方案、贴装后芯片位置的贴装对齐和精确测量、多裸片贴装对齐、成型后芯片偏转原理（Carrier/TRF/EMC...）、成型翘曲控制设计和优化、介电层（再钝化）和 EMC 兼容工艺、重构晶圆工艺的翘曲控制、PVD 脱气等。
随后详细分析了FO的几种典型FO封装技术，包括面朝上型（eSiFO、M-Serial、InFO）和Die-last FO应用。
作为整个产业链中相对薄弱的一环，国内设备制造商备受业界关注；近一两年，受国际政治局势影响，本土化需求较高。
通过总结凸块、WLCSP、WLFO、TSV和晶圆测试五个环节可以看出：1）凸块和TSV技术的国产化推进较为突出，2）WLCSP、FO和晶圆测试仍然相对薄弱。
有很大的空间需要突破（图5）。
OSAT创新的力量 随着IDM、FAB、OSAT、模块制造商以及开发嵌入式工艺的基板制造商和PCB制造商纷纷进入先进封装领域，封装行业已成为整个半导体产业链的焦点。
通过投入大量的人力物力，传统封装和先进封装在2020年将分别以2.4%和8.2%的CAGR发展，到2020年预计两者将平分秋色。
随着智能手机逐渐占据市场主导地位，WLP的份额不断增加。
WLP 通常被定义为直接在晶圆上执行大部分或全部封装工艺。
传统WLP封装封装尺寸和电气性能较小，多用于I/O（Fan-in）较少的消费类IC；然而，智能手机和更多的中高端应用已经打破??了这一束缚。
为了解决信号输出和I/O数量有限的问题，WLP与Fan-Out结合使用，通过RDL、bumping等技术实现相互交互。
甚至。
因此，WLP已成为封装领域的关键技术平台。
昆山华天马博士认为，WLP之所以被广泛应用，与其自身的特点是分不开的。
首先是成本优势。
由于封装尺寸接近1:1，因此封装体积较小，成本较低。
WLP封装器件采用晶圆测试代替单一测试，因此测试成本大大降低。
此外，电气性能良好，主要是互连距离较短，无需布线，并且采用倒装芯片（FC）来提高电信号的传输性能。
散热方面，WLP主要采用塑料封装工艺，适合功率芯片，热管理性能有保证。
最后，WLP结合TSV技术可以轻松实现三维异构集成，包括SiP、3D和IPD。
昆山三大工厂中，2#工厂建于2012年，先建凸块线，后建WLP。
目前可实现月产凸块4万至5万片的生产能力； 2018年，该凸块生产线成为全球第一条实现全自动化桥式起重机生产的生产线。
OSAT。
5号工厂主要经营8英寸TSV，月产能为25,000片。
1月6日，六厂搬迁，投资20亿元新建汽车电子封装线。
主要生产12英寸车载图像传感器和FC。
规划月产能3万片，预计今年开始生产3D WLP。
马博士自豪地说，“华天昆山几乎覆盖了所有先进封装线（图6）。
” TSV是昆山华天最大的生产线。
它最初生产8英寸CIS，后来扩大了12英寸生产线。
它针对不同的晶圆开发了不同的封装结构，比如最早的FSI开发激光打孔MVP封装，为Stacked BSI开发MVP封装开发直孔封装技术，BSI为Triple Stack开发无腔技术等。
在TSV工艺的研发过程中，已经产生了一些平台技术，包括12英寸晶圆级减薄工艺（60μm）、TSV过孔雕刻技术（通孔宽度为30μm，深度为μm，深度为30μm）。
-宽比10:1正在开发中）、低温PECVD（解决工艺过程中的填充、薄膜破裂和应力问题）；开发超薄芯片和三维堆叠芯片的激光临时键合技术，包括脱键合技术。
华天拥有自主知识产权的eSiFO扇出封装与eWLB不同。
它采用硅基技术和超薄封装（μm），适合多芯片集成（目前多达5种不同和更小尺寸、不同来源和无功能的芯片）。
大尺寸eSiFO的研究表明，在良率控制和可靠性方面难度加大，因此华天建立了测试单元来验证其可靠性（包括Daisy Chain、Gap upper end、漏电流和Kelvin测试单元），目前已经有9x9mm、20x20mm和30x40mm 三个样品。
与模塑料相比，硅基板的翘曲得到更好的控制。
12英寸硅基扇出晶圆的翘曲可控制在2mm以内。
另外，与eWLB相比，散热性能更好；制造工艺简单，成本低，无需临时粘合和WL成型（需额外投资生产线）。
最终使用回收的硅片（在标准WLP工艺中挖空并埋入管芯中）大大节省了原材料成本，并且硅基与华天现有生产线之间不存在交叉污染。
eSiFO技术、异构集成、华天TSV技术可以轻松实现第三代半导体器件的三维堆叠集成。
目前，eSiFO刻蚀的均匀性可以控制在10μm以内，最小线宽和线距可以达到10/10μm。
重构晶圆后的工艺与bumping和WLP一致，贴装精度可控制在5μm以内。
因此，当我们探究全球封测厂的创新动力来源时，离不开这两点，即市场的多元化发展和摩尔定律在半导体行业的辉煌延续！全球领先的混合键合/解键合技术 SUSS作为全球领先的半导体设备制造商，可提供光刻、涂胶、显影、键合和掩模清洗设备。
与前两位专家的关注重点不同，SUSS的龚博士在题为“《适用异质三维封装混合键合工艺》”的报告中更多地描述了混合键合工艺，并介绍了键合机的功能。
在先进封装领域，系统级封装需要使用基于不同工艺和材料的芯片，使得3D和3D异构封装（如3D-SIC和3D-SOC）市场未来前景广阔。
混合键合也是3D封装的一种非常重要的方法。
3D 封装通过使用各种方法将芯片堆叠在一起，有助于提高芯片系统的速度和性能，并降低工艺成本。
什么是混合键合？由于每次键合需要较长的时间，因此将Si-Si键合和Cu-Cu键合放在一起。
无论是预键合还是最终放入烘箱（Oven）和退火，这两个过程都可以同时进行。
可以在现场进行，大大节省了整体流程时间。
如何实现三维封装的混合粘合工艺？龚博士认为Si-Si键合的预键合处理是去除硅片表面的有机和无机污染物，使Si表面光滑（控制在0.5nm以内），去除颗粒（Si-Si之间） 。
1μm 的颗粒最终会形成 1cm 的空腔）。
预键合时间短，因此Si-Si和Cu-Cu键合可以一起进行，然后同时烘烤，数百对晶圆一起工作。
D2W和W2W键合的主要市场包括BI CMOS图像传感器、3D NAND和DRAM、MEMS等。
考虑到Si-Si和Cu-Cu的热膨胀系数不同，在相同温度（温度范围）下烘烤时预键合时必须控制在0.1℃），Cu-Cu有比较大的膨胀。
原始Cu需要进行轻微蚀刻（Dishing），这需要很高的工艺控制能力。
混合键合对线宽和精度的要求越来越低。
Cu-Cu键合间距可达3μm，铜柱直径为1~1.5μm。
选择性D2W被认为是未来最有前途的三维混合封装形式，具有最小的尺寸和最好的电气性能（图7）。
简单来说，就是提前挑选出已知合格的芯片（KGD），转移到载具晶圆上——这个过程称为Populated Carrier Preparation，将载具晶圆与另一张晶圆按照标准作为新的晶圆。
工艺混合键合后剥离载体生成新的晶圆（贴附3D IC成品或半成品）；整个工艺包括表面处理（去粒、去污、整平）、等离子处理、亲水处理、涂胶、邦定、烘烤、退火、去键合、芯片剥离、残胶去除、晶圆等几个基本工序级模具转移。
这个过程可以重复多次，直到最终获得三维堆叠。
目前，D2W的固晶精度可达3μm；而W2W的对位精度要求越来越高，Suess的目标是控制在0.1μm以内。
从量产设备的角度来看，Seuss XBS设备的目标是将对准精度控制在40nm水平，而60~80nm的对准精度正是存储器所要求的。
XBS混合键合设备采用模块化结构，包括等离子模块PL、XBA对位模块、AC清洗模块、LF键合室、MM测量模块（检测对位精度、X/Y轴偏移、晶圆间Viods、方向性等）和TD分离中心；烘焙功能由其他厂家提供。
先进封装已成为投资银行的目标。
从全球范围来看，半导体行业已经成熟，整体市场正在走向存量竞争阶段。
深创投石博士在《半导体产业投资新趋势》报告中指出，2020年不仅是芯片行业的转折点，也是中国IC崛起的机遇。
中国集成电路市场连续三年位居全球第一，并长期保持两位数增长。
年销售额达到3000万元，比上年增长16.2%。
该行业起步较晚，但发展迅速。
我国IC产品集中在低端领域，仍面临缺芯问题；这可以从中国海关总署提供的数据得出。
尽管国内产业规模不断扩大，但集成电路进出口差距不断拉大，国内芯片自给率仅为10%。
随着去年10大项目的爆发，政府对大型项目的审查将更加谨慎，特别是集成电路制造等占地面积大、能源消耗大、重资产比例高、风险大的项目。
很耗时；相反，未来地方政府将变得更加谨慎。
它倾向于支持一些更成熟的本地公司。
随着国内几家领先的半导体设备制造商陆续上市，史博士认为深创投未来将更加关注设备子系统和关键零部件。
此外，由于先进封装所采用的工艺脱胎于晶圆厂，因此设备和材料都有其继承性。
因此，关注先进的包装设备和原材料也是一个不错的选择。
施博士在整篇文章中使用了大量详实的数据、图表和分析，启发观众从另一个角度观察和思考当前的热门产业：世界IC产业的格局、中国IC产业的痛点、国产化替代的进展，后摩尔时代IC产品的大方向，综合考虑资本注入和市场引入后，企业该如何寻找合适的投资机构（图8）？对于产品单一或产品应用广泛的企业来说，是选择独立上市还是寻求并购机会？这些都是问题！结束语 本次晶鑫线上研讨会吸引了众多业内人士的关注，这与四位演讲嘉宾在业内的专业性和影响力密切相关。
由于笔者没有在一线技术岗位工作过，缺乏专业技能，所以以上仅选取演讲中一些相对简单的内容进行报道。
至于每个主题的精髓，比如张博士对eWLB的深入分析和看法，宫博士对国际最先进密钥的分析和对组合技术的理解，马博士对华天自主开发各种技术的提示。
工艺模块来降低成本，我想只有那些从事多年生产管理和研发的技术人员才能亲自来到现场才能知道真正的价值！呼吁大家不要错过2月24日举办的中芯微芯第三期线上研讨会“IC制造光刻机：发展趋势与技术挑战”。
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