芯片技术的竞争开始向封装工艺延烧

曾几何时半导体芯片封装工艺也被称为“未来的饭碗”。台积电、三星电子和英特尔等全球综合半导体企业，开始把技术突破的目光转向了芯片封装工艺。

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所谓“封装”是指在芯片制程工艺中，把容易受损的芯片做一个外包装，并把相关的电路连接出来的制作工艺。在过去，因为芯片生产的重点技术和决定芯片质量的工艺都集中在前段工序，而不是后面的封装工序，所以这项工艺被认为是简单的辅助性工作，没有引起足够的重视。但是现在芯片的电路线宽已经减小到3纳米以下，芯片制造技术很有可能在数年内就会遇到物理限制，所以封装技术的重要性开始备受关注。人们指望通过封装技术提高芯片的性能，增强产品的竞争力。

英特尔的芯片封装原理 （图片来自网络）

据业界透露，英特尔公司今年将在美国新墨西哥州投资35亿美元，建设芯片封装工厂，并将于明年下半年投产。台积电去年也宣布在封装工艺上投资150亿美元，并正在日本设立生产工厂。 韩国的三星电子也计划在美国新设的代工厂中，安装封装工序的相关设备。

芯片封装设备 （图片来自网络）

当前的封装技术正在从分别连接个别半导体电路的单纯方式，开始向集成多个电路的模块形式进化。最近刚出现的把不同种类的半导体，一次性结合在一起的“异种集成（Heterogeneous Integration）”封装技术，受到了业界的广泛关注。也就是把中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)等逻辑芯片和高带宽存储器(HBM)结合封装的技术。台积电、三星电子和英特尔等公司都已经拥有了这种尖端的封装技术。

台积电的封装芯片 （图片来自网络）

当然最先进的还是台积电。早在2012年，它就通过“基片上晶圆封装（CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate））”的技术整合了4颗芯片，向外界展示了技术实力。迄今为止，台积电仍然引领着封装工艺的最高水平。台积电采用的技术不是把完成的芯片连在一起，而是从在晶圆上刻蚀电路的“全工序”阶段就开始应用封装技术。它的优点是，芯片的制作和封装同时进行，因此无需添加额外的基板。台积电的这项技术被认为与它的竞争对手的产品相比，封装厚度薄20%；功率损失少10%；速度快20%。

韩国三星的封装芯片“魔方4（iCube 4）（图片来自网络）

韩国的三星电子在本月初推出了一款新型的封装芯片---“魔方4（iCube 4）”。它的这款芯片与台积电的相比就略显落后，虽然也是把1个逻辑芯片和4个HBM芯片做成一个封装，但芯片之间需要一个微电路板（互感器）相连。

英特尔从2019年开始推出三维封装技术“Foveros”。它将不同工序生产的芯片堆叠起来的技术路径与三星电子相似，但从整个工序阶段开始，就采用封装技术这一点上又和台积电雷同。专家们认为，虽然三星电子和英特尔的技术都很优秀，但仍然落后台积电一年左右。

英特尔的封装芯片 （图片来自网络）

今后，全球半导体企业在芯片封装工艺上的竞争会愈演愈烈，而芯片封装市场的规模也会以每年5%的速度增长。市场调查企业Gartner的数据显示，全球的芯片封装市场将从去年的488亿美元增长到今年的512亿美元，到2023年有望增长到574亿美元。难怪它被业界称为半导体市场的“新饭碗”。

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