摩爾時(shí)代面臨終結(jié)

　　智能終端時(shí)代，生活所需的各種電子產(chǎn)品里，芯片的應(yīng)用越來越多，半導(dǎo)體芯片的重要性已不言而喻。未料，華為和中芯國(guó)際被美國(guó)下重手?jǐn)喙┬酒图夹g(shù)，對(duì)我們猶如當(dāng)頭一棒。但筆者認(rèn)為，美國(guó)這一棒有兩面性，在斷供導(dǎo)致華為和中芯發(fā)展受挫的同時(shí)，也把中國(guó)的半導(dǎo)體界敲醒了，而且時(shí)機(jī)很微妙，竟是在摩爾定律快要走在盡頭的時(shí)候。

　　摩爾定律是美國(guó)芯片巨頭英特爾公司創(chuàng)辦人之一的戈登．摩爾（GordonMoore）在1965年于《電子學(xué)》雜志所提出。指的是一個(gè)尺寸的硅片上所容納的晶體管數(shù)量，因制程技術(shù)的提升，每18個(gè)月就會(huì)增加1倍。而且，雖然使用的技術(shù)更先進(jìn)、性能也更強(qiáng)大了，但售價(jià)不變。1975年，摩爾又根據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)修改了自己的觀察結(jié)果，改為晶體管的數(shù)量每2年增加1倍。

　　過去數(shù)十年來，摩爾定律就猶如法則一般引領(lǐng)了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，半導(dǎo)體制程持續(xù)升級(jí)，芯片中的電晶體線寬從數(shù)十微米逐漸縮小到納米等級(jí)。

　　然而，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)環(huán)境在近兩年產(chǎn)生了巨大的變化，當(dāng)先進(jìn)制程技術(shù)已走到7納米、5納米，甚至在未來幾年朝著3納米、2納米制程邁進(jìn)的同時(shí)，晶體管大小正不斷逼近原子的物理體積極限。

　　但摩爾定律到底會(huì)在什么時(shí)候停止？沒有人知道答案。

　　圖形處理器巨頭NVIDIA公司的創(chuàng)始人黃仁勛在2017年就認(rèn)為摩爾定律已走到盡頭。全球芯片代工龍頭臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀也曾說，摩爾定律在2018年就會(huì)停止。

　　當(dāng)時(shí)他們預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)是7納米和5納米，但現(xiàn)在臺(tái)積電3納米的技術(shù)已經(jīng)有眉目了，可見他們兩位的預(yù)測(cè)看起來都沒有實(shí)現(xiàn)。所以說摩爾定律的極限在哪，連這兩位半導(dǎo)體界的權(quán)威人物都拿捏不準(zhǔn)，但至少摩爾定律存在極限這一點(diǎn)，他們兩位看法一致。

　　因此，筆者可以下結(jié)論，摩爾定律并非像牛頓提出的萬有引力一樣，屬于永恒的、真理般的自然科學(xué)規(guī)律，只是半導(dǎo)體行業(yè)的指導(dǎo)規(guī)則或目標(biāo)，會(huì)隨著發(fā)展遇到瓶頸，直到被時(shí)間廢除。

　　先進(jìn)封裝技術(shù)將推動(dòng)后摩爾時(shí)代的半導(dǎo)體發(fā)展

　　半導(dǎo)體界想繼續(xù)為摩爾定律續(xù)命的話，只有兩個(gè)方法。第一，制程繼續(xù)提升；第二，將晶體數(shù)量從平面增加改為垂直堆疊。

　　從當(dāng)前的全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)來看，目前全球有能力往最先進(jìn)制程發(fā)展的公司，只剩臺(tái)積電、三星、英特爾這三家。但摩爾定律能否續(xù)命又不完全不取決于它們，上游產(chǎn)業(yè)極紫外線光刻（EUV）等微影技術(shù)半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展，更是關(guān)鍵。

　　如果當(dāng)制程到了3納米甚至是2納米之后，無法再繼續(xù)進(jìn)步，那就意味著靠制程推動(dòng)的摩爾定律時(shí)代的終結(jié)，但與此同時(shí)，５G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用正快速興起，對(duì)芯片的性能要求更高怎么辦？于是，為了繼續(xù)提升芯片效能，半導(dǎo)體界就不得不往另一個(gè)技術(shù)方向邁進(jìn)了，這就是把晶體垂直堆疊起來的先進(jìn)封裝技術(shù)。

　　那么，相比于靠制程平面化推動(dòng)的摩爾時(shí)代，向上發(fā)展的先進(jìn)封裝技術(shù)就是后摩爾時(shí)代。

　　其實(shí)，芯片垂直堆疊并不是什么全新的技術(shù)，我們最熟悉的手機(jī)處理器就采用了被稱為小芯片系統(tǒng)（Chiplet）的先進(jìn)封裝技術(shù)。只是相比于制程的進(jìn)步速度太快，封裝技術(shù)顯得慢了許多。因此，在摩爾定律面臨極限時(shí)，封裝技術(shù)要比制程技術(shù)的提升前景更大。

　　先進(jìn)封裝是什么？簡(jiǎn)單來說，傳統(tǒng)封裝就像是把芯片安在一個(gè)量身定做的外殼里，這個(gè)外殼不簡(jiǎn)單，不僅要保護(hù)芯片在工作時(shí)不受外界的水氣、灰塵、靜電等因素干擾，還要能散熱、能固定芯片保證不散架等。

　　而先進(jìn)封裝則的要求是能達(dá)到異質(zhì)整合，指的就是將至少兩個(gè)不同性質(zhì)的晶體管、電子元件封在一起。例如僅最重要的高速運(yùn)算芯片需要5納米生產(chǎn)，但其他電源、存儲(chǔ)芯片等，只用10納米成熟制程生產(chǎn)，再用2.5D、3D等多維度空間技術(shù)封裝在一個(gè)外殼里，與小朋友們愛玩的堆積木有幾分類似。

　　與傳統(tǒng)封裝相比，先進(jìn)封裝能減少電源、存儲(chǔ)等芯片的空間占用比，同時(shí)增加高速運(yùn)算芯片的占用比，以此達(dá)到摩爾定律晶體管數(shù)量每2年增加1倍的目標(biāo)。

　　先進(jìn)封裝的主流技術(shù)有以下幾種，硅通孔（TSV）、包括倒裝芯片（FC）、嵌入式封裝（ED）、扇入型晶圓級(jí)封裝（FIWLP）、系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）、扇出型晶圓級(jí)封裝（FOWLP）等各都有擁護(hù)者。

　　這幾年臺(tái)積電的成功，除了先進(jìn)制程技術(shù)不斷進(jìn)步外，最重要就是小芯片與先進(jìn)封裝的進(jìn)展，臺(tái)積電研發(fā)先進(jìn)封裝的部門，就被命名為超越摩爾辦公室，可見制程技術(shù)全世界最領(lǐng)先的臺(tái)積電，也把先進(jìn)封裝視為后摩爾時(shí)代的關(guān)鍵。

　　先進(jìn)制程固然重要，但先進(jìn)封裝也是關(guān)鍵一戰(zhàn)

　　一般來說，與先進(jìn)制程相比，先進(jìn)封裝在互聯(lián)網(wǎng)上的關(guān)注度的低了許多的，但在摩爾定律趨緩與后摩爾時(shí)代逼近的關(guān)鍵時(shí)刻，先進(jìn)封裝在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的重要性將越來越突出，更將成為后摩爾時(shí)代半導(dǎo)體技術(shù)的最重要的發(fā)展指標(biāo)。

　　雖然中國(guó)芯片制造在制程上還要繼續(xù)爬坡，當(dāng)然一定會(huì)持續(xù)投資最先進(jìn)的制程，但也不能忽略先進(jìn)封裝，如何兩只腳都能站穩(wěn)且齊頭并進(jìn)，顯然是我們接下來最重要的課題。

　　再加上極紫外光（EUV）微影設(shè)備無法取得，先進(jìn)制程研發(fā)難以開展，中國(guó)半導(dǎo)體界更須強(qiáng)化先進(jìn)封裝技術(shù)，讓已掌握的成熟制程得以發(fā)揮效益，才能度過這段技術(shù)落差的難關(guān)。

　　技術(shù)是市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)榧夹g(shù)、良率是通過大生產(chǎn)做出來的，只要有投片量就能在工藝和技術(shù)上有所提升。恰好中國(guó)又是全球最大的芯片市場(chǎng)，而且還已開始大力扶持本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，全球半導(dǎo)體第三次國(guó)際產(chǎn)能向中國(guó)轉(zhuǎn)移大勢(shì)所趨，這是我們本土企業(yè)的優(yōu)勢(shì)所在。

　　除此以外，還有一個(gè)利好，封測(cè)是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中發(fā)展比較完善的一個(gè)領(lǐng)域，甚至可以說是最強(qiáng)項(xiàng)，中國(guó)封測(cè)企業(yè)整體在先進(jìn)封裝的營(yíng)收占比在30%到40之間，只稍稍低于全球平均水平的41%，比制程方面的落后幅度小了許多。

　　中國(guó)在封測(cè)領(lǐng)域不乏佼佼者，比如長(zhǎng)電科技在SiP封裝、2.5D、3D封裝的研制實(shí)力不容小覷，華天科技則在WLCSP、TSV、Bumping、Fan-out、FC等多個(gè)技術(shù)不斷加大研發(fā)投入與產(chǎn)出，通富微電則擁有Bumping、WLCSP、FC、BGA、SiP等先進(jìn)封測(cè)技術(shù)，并在2D、2.5D封裝技術(shù)研發(fā)上取得突破。總的來說，中國(guó)三大封測(cè)巨頭在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，在我們還沒來得及留意的時(shí)候就已各有斬獲。

　　但也不能說中國(guó)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域已穩(wěn)操勝券，由于先進(jìn)封裝的巨大前景，使得眾多廠商蜂擁而至，讓這一賽道驟然擁堵。

　　曾經(jīng)，IDM（垂直整合一體化制造服務(wù)）與OSAT（外包封裝測(cè)試）是傳統(tǒng)半導(dǎo)體封測(cè)行業(yè)中的兩種商業(yè)模式。如三大半導(dǎo)體龍頭企業(yè)臺(tái)積電、三星、英特爾都屬IDM模式，OSAT則為客戶提供單一的代工封裝測(cè)試服務(wù)。

　　但如今OSAT企業(yè)除了面臨來自上游芯片廠的競(jìng)爭(zhēng)外，還要面臨富士康、基板和PCB廠商的跨界競(jìng)爭(zhēng)，讓先進(jìn)封裝格局再起波瀾。

　　筆者認(rèn)為，對(duì)中國(guó)而言，前段芯片制造與后段先進(jìn)封裝，缺一不可，全部包辦起來打造一條高度整合的供應(yīng)鏈，才能在這場(chǎng)激烈的競(jìng)賽中領(lǐng)先勝出。

　　你覺得中國(guó)應(yīng)該專注制程上的追趕還是與封裝一起齊頭并進(jìn)呢？
責(zé)任編輯：YYX