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导体|后摩尔定律时代的新引擎：先进封装助力中国半导体摆脱“红皇后”

_原题为 后摩尔定律时代的新引擎：先进封装助力中国半导体摆脱“红皇后”
导体|后摩尔定律时代的新引擎：先进封装助力中国半导体摆脱“红皇后”
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“摩尔定律已经苟延残喘 ， 只剩5-6年的寿命 。 ”
台湾半导体之父、台积电董事长张忠谋早在2014年就发表演说 ， 认为这条被半导体产业界在50年历史中奉为圭臬的理论即将失效 。
6年过去 ， 在2020年 ， 有更多的人认同这样的观点 。 普通人最能体会到的就是 ， 电子消费产品厂商近年来频被吐槽的“挤牙膏”行为 。
新的iPhone12手机在今年10月发布 ， 但是苹果连续几代产品都没有太大的变化 ， 无非就是处理能力快一点 ， 屏幕大一点 ， 用户对这样的变化已经无感；计算机方面 ， 就连发明摩尔定律的英特尔自己都难以支撑更先进的制程 ， 7nm芯片一再难产 ， 连续几年跳票 。
如果摩尔定律发展停滞 ， 对于半导体产业的发展打击是巨大的 。 基于晶体管尺寸微缩的产业引擎熄火以后 ， 整个行业的生态会变得和现在完全不同 ， 彻底成为堆积资金、产能和成本的竞赛 。 谁的良率最高、成本最低 ， 谁就能拿下最多的订单 ， 同质化的制造技术将压缩利润空间 。
作为国内集成电路封装行业领军人物之一 ， 厦门云天半导体科技有限公司（以下简称“云天半导体”）总经理于大全认为 ， 先进封装将是撬动半导体产业继续向前的重要杠杆 。
于大全博士长期从事先进封装技术研究 ， 陆续承担了国家科技重大专项02专项项目和多个国家级课题 ， 先后入选中科院“百人计划”、江苏省双创人才和厦门市双百人才 。
“芯片制造技术追赶国际先进水平和先进封装与集成技术赶超国际先进水平 ， 是当前我国半导体产业发展的必然路径 。 ”于大全博士领导的团队 ， 也正在这一思路下进行先进封装与集成技术的探索 。
01超越摩尔定律的天花板
1965年 ， 由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出 ， 当价格不变时 ， 集成电路上可容纳的元器件的数目 ， 约每隔18-24个月便会增加一倍 ， 性能也将提升一倍 ， 这也被称为摩尔定律 。
这不是一条物理定律 ， 而是一个早期通过观察发现的行业发展规律 ， 后来由人为力量坚强推动的产业进步周期 。 摩尔定律的发展 ， 反映了集成电路产业从无到有、到支撑起今天整个信息科技的大厦的过程 。
问世50年后 ， 人们有理由怀疑 ， 摩尔定律是否快走到头了？半导体工艺制造技术水平在以令人目眩的速度提高 ， 晶体管的几何尺寸不可能无限制的缩小下去 ， 总有一天会达到极限 。 从成本角度看 ， 从14纳米节点后 ， 单个晶体管的制造价格已经开始变高 。
其制约因素 ， 一是技术：一般认为 ， 器件尺寸做到5纳米以下时 ， 沟道中的载流子行为将要用量子力学的理论来解释 ， 经典物理学的半导体器件理论将失效 。 实际上集成电路的发展速度已经放缓 ， 面对越发微小的纳米工艺 ， 制造业正在面临物理上的瓶颈 。
二是经济：建设晶圆厂砸钱堪称疯狂 ， 2000年前后 ， 计划回国的张汝京博士带了14亿美元到上海创建中芯国际 ， 但是根本不够 ， 仅一条晶圆产线就需要10亿美元 。 而现在 ， 一条高端的晶圆产线 ， 没有上百亿美元下不来 ， 台积电的3纳米产线至少需要150亿美元 。
由于花不起这笔钱 ， 十多年来不仅没有出现新的竞争玩家 ， 而且越来越多的参与者从先进制程中“出局” 。 目前 ， 7nm及以下先进制程的玩家 ， 仅剩行业龙头台积电、三星、英特尔等 ， 以及处于技术追赶中的中芯国际 。
摩尔定律的未来在哪里？中科院王曦院士在内的很多专家学者提出“超越摩尔定律”概念 ， 意指非数字、多元化半导体技术与产品 ， 可以在成熟的工艺生产线上研发 ， 无需遵循摩尔定律 ， 在工艺尺寸上越做越小 。
同样在张忠谋指出摩尔定律将亡的那场题为Next Big Thing的演讲中 ， 关于什么是半导体产业的Next BigThing？他点名是物联网 ， 并认为台湾企业要抓住这波商机 ， 首要掌握的就是系统级封装等关键技术 。
张忠谋表示 ， 透过系统级封装技术 ， 让一颗晶片能够整合更多功能 ， 也更省空间 ， 并且不需要很先进的制程 。
“随着摩尔定律的放缓 ， 需要通过先进封装和系统集成 ， 去解决电子产品的性价比、性能改善、多功能化等问题 。 ”于大全博士也指出 ， 近年来 ， 先进封装技术在半导体领域发挥的作用越来越大 。
知名咨询机构Yole预计 ， 2018—2024年 ， 先进封装市场的年复合增长率为8% ， 预计在2024年达到440亿美元左右 ， 而同一时期 ， 传统封装市场的年复合增长率仅为2.4% 。 为抢占技术高地 ， 全球主要封测厂、晶圆厂、IDM都在加紧布局先进封装 。
市场需求的带动下 ， 越来越多超越传统封装理念的先进封装技术被提出 ， 系统级封装(SiP)、晶圆级封装(WLP)、2.5D/3D封装、Chiplet集成等的应用越来越广泛 。
“半导体头部企业发展重点 ， 逐渐从过去着力于晶圆制造工艺技术节点的推进 ， 转向芯片构架重构和系统封装集成创新 。 ”于大全博士表示 ， 进入“超越摩尔”时代 ， 先进封装集成技术开始扮演愈加重要的角色 ， 基于前道技术能力的“前道封装”开始在高端器件上显现 。


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