隨著芯片不斷向微型化發(fā)展,，工藝制程開始向著更小的5nm,、3nm推進，已經(jīng)越來越逼近物理極限，付出的代價也將越來越大,，因此摩爾定律屢屢被傳將走到盡頭,，迫切需要另辟蹊徑推動技術(shù)進步,。

　　業(yè)界普遍認(rèn)為,，先進封裝會成為下一階段半導(dǎo)體技術(shù)的重要發(fā)展方向。廈門大學(xué)特聘教授,、云天半導(dǎo)體創(chuàng)始人于大全博士就曾指出,，隨著摩爾定律發(fā)展趨緩，通過先進封裝技術(shù)來滿足系統(tǒng)微型化,、多功能化成為了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新引擎,。

　　封裝技術(shù)是伴隨集成電路發(fā)明應(yīng)運而生的，主要功能是完成電源分配,、信號分配,、散熱和物理保護。而隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,，封裝正在不斷革新，供應(yīng)鏈迎來大考,。

　　群雄競逐先進封裝

　　先進封裝技術(shù)能夠相對輕松地實現(xiàn)芯片的高密度集成,、體積的微型化和更低的成本等需求,，符合高端芯片向尺寸更小、性能更高,、功耗更低演進的趨勢,。

　　尤其是CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）、FOWLP（扇出晶圓級封裝）以及WoW等高密度先進封裝（HDAP）,，它們在提升芯片性能方面展現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢,，成功吸引了各大主流芯片封測、代工以及設(shè)計廠商的關(guān)注,，開始在該領(lǐng)域持續(xù)投資布局,。

　　例如CoWoS，這是臺積電推出的2.5D封裝技術(shù),，被稱為晶圓級封裝,。CoWoS針對高端市場，連線數(shù)量和封裝尺寸都比較大,。

　　自2012年開始量產(chǎn)CoWoS以來,，臺積電就通過這種芯片間共享基板的封裝形式，把多顆芯片封裝到一起,，而平面上的裸片通過Silicon Interposer互聯(lián),，這樣達到了封裝體積小，傳輸速度高,，功耗低,，引腳少的效果。

　　此外,，F(xiàn)OWLP,，這是一項被預(yù)言將成為下一代緊湊型、高性能電子設(shè)備基礎(chǔ)的技術(shù),。根據(jù)Yole數(shù)據(jù),，F(xiàn)OWLP全球總產(chǎn)值有望在2022年超過23億美金，2019-2022年間CAGR（復(fù)合年均增長率）接近20%,。

　　據(jù)悉,，第一代扇出型封裝是采用英飛凌（Infineon）的嵌入式晶圓級球閘陣列（eWLB）技術(shù)，此為2009年由飛思卡爾（Freescale,，現(xiàn)為恩智浦）所推出,。但是，集成扇出型封裝（InFO）在此之前就只有臺積電能夠生產(chǎn),。

　　臺積電的InFO技術(shù)是最引人注目的高密度扇出的例子,，三星電子（Samsung Electronics）系統(tǒng)LSI事業(yè)部認(rèn)為正是此技術(shù)，導(dǎo)致臺積電搶下蘋果（Apple）A10處理器代工訂單,。為此三星電機（Semco）跨足半導(dǎo)體封裝市場,，與三星電子合作研發(fā)FOWLP技術(shù),，以期在新一輪客戶訂單爭奪賽中，全面迎戰(zhàn)臺積電,。

　　Techsearch International指出,，這些HDAP技術(shù)推動了行業(yè)對設(shè)備與封裝協(xié)同設(shè)計以及新流程的需求。目前代工廠開始將一部分限制產(chǎn)能用于做先進封測,，傳統(tǒng)的封測廠商也在逐漸向先進封測提升,。

　　雖然目前為止，代工廠與封測廠商還沒有完全交叉的業(yè)務(wù),，在各自的領(lǐng)域獨立為戰(zhàn),。但未來雙方一定會越來越多地向中間重合領(lǐng)域進軍，先進封裝將成為兵家必爭之地,。

　　HDAP,，想說愛你不容易

　　然而，想要實現(xiàn)類似的HDAP仍然存在一些挑戰(zhàn),。

　　資料顯示,，首先，HDAP具有異構(gòu)性,。即使上游EDA廠商已經(jīng)修改了傳統(tǒng)工具來處理多種新技術(shù),，這些新技術(shù)也需要物理驗證，例如設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）,、版圖和線路圖對照檢查（LVS）等,。在HDAP中，必須通過一個中介層或某種類型的互連技術(shù)做連接,，在這種情況下,，它會影響系統(tǒng)的互連特性，同時這些特性之間還會相互影響,，同時影響可制造性特征的設(shè)計,。

　　其次，新的HDAP技術(shù)要求設(shè)計團隊共同努力來優(yōu)化整個系統(tǒng),，而不僅僅是單個元件,。例如芯片和封裝/中介層未對齊、元器件和基地之間的連接錯誤等問題帶來的工程成本增加,；制造數(shù)據(jù)的質(zhì)量或誤差導(dǎo)致的制造延遲,；以及信號和電源完整性性能不佳、2.5D裝配的熱穩(wěn)定性不合格等問題帶來的功能故障等問題,。

　　再者,，HDAP也讓設(shè)計復(fù)雜度顯著提高，需要描述從芯片到基板、從中介層到基板,、基板到電路板,、基板到測試板的所有互連。這在傳統(tǒng)的封裝行業(yè)來看非常難以控制,，目前有許多要靠手工集成，夾雜一些零碎的檢查,。

　　HDAP作為一個全新的方向,，也開始給半導(dǎo)體的設(shè)計流程帶來影響。這些新技術(shù)能夠?qū)φw設(shè)計做分區(qū),，就像一種具有芯片外部特征的互連,，這與芯片的內(nèi)部特征非常相似。先進封裝使廠商有了集成不同技術(shù)（工藝）的能力,，但同時也為傳統(tǒng)的設(shè)計工具帶來了相關(guān)挑戰(zhàn),。

　　在此基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的封裝設(shè)計已經(jīng)無法滿足市場日益變化的需求,，如何高效的完成設(shè)計并得到驗證,，這將給EDA工具帶來全新的挑戰(zhàn)。市場迫切需要更為高效的全新流程,、方法和設(shè)計工具,。

　　Mentor的利器

　　Mentor是一家極為關(guān)注先進封裝技術(shù)的EDA廠商，Mentor亞太區(qū)技術(shù)總監(jiān)Lincoln Lee提到,，作為一家EDA廠商,，其產(chǎn)品本身就貫穿設(shè)計和封裝的各個方面。

　　早在10多年前（2007年）,，Mentor就看見了封裝市場的潛在機遇,，并開始為領(lǐng)先客戶設(shè)計應(yīng)對方案。他強調(diào),，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展很快,，先進封裝正在逐漸成為主力，如果不能很快適應(yīng)客戶的要求,，就將被拋在身后,。發(fā)力先進封裝領(lǐng)域，對于Mentor與其客戶來說是雙贏,。

　　2013年,，Mentor正式推出了Xpedition Package Integrator（XPI） 高密度先進封裝（HDAP）流程，該流程是業(yè)內(nèi)率先針對當(dāng)今先進的 IC 封裝設(shè)計和驗證的綜合解決方案,。

　　資料顯示,，XPI產(chǎn)品已經(jīng)具有高集成度，但基于整個設(shè)計過程中的分工需要， Mentor將XPI的兩個功能拆分為Xpedition Substrate Integrator工具和 Xpedition Package Designer技術(shù),。獨特的Xpedition Substrate Integrator（xSI）工具可快速實現(xiàn)異構(gòu)基底封裝組件的定義和優(yōu)化,。針對物理封裝實施的新型 Xpedition Package Designer（xPD）技術(shù)可確保設(shè)計Signoff與驗證的數(shù)據(jù)同步。Calibre 3D Stack技術(shù)可針對各種2.5D和3D疊層芯片組件進行完整的Signoff DRC/LVS驗證,。

　　在不斷優(yōu)化的過程中,，Xpedition可以多人協(xié)同工作，無需拆分,，避免多次合并,，從而實現(xiàn)最大限度地提高團隊工作效率。目前,，Mentor正在全力解決多晶片封裝的功耗,、散熱、性能問題,。Lincoln解釋道,，大家都希望將更多功能“塞”到同一顆芯片里，但這么多高效能的芯片放在一起,，將產(chǎn)生極高的熱密度,。因此，熱分析是非常關(guān)鍵的步驟,。

　　目前做芯片的公司數(shù)量正在不斷減少,，很大程度上是由于先進工藝行列所需要的成本十分昂貴，因此先進的設(shè)計工具就顯得尤為重要,。Lincoln提到,，Mentor的優(yōu)勢在于擁有非常全面的工序，全新的解決方案能夠為IC設(shè)計廠商提供便利,，可以在一定程度上滿足其需求,。

　　Mentor與中國

　　現(xiàn)在，中國大陸市場中已經(jīng)有不少廠商開始關(guān)注先進封裝,，尤其是封測企業(yè),。近幾年，海外并購讓中國封測企業(yè)快速獲得了技術(shù),、市場,，彌補了一些結(jié)構(gòu)性的缺陷，極大地推動了中國封測產(chǎn)業(yè)的向上發(fā)展,。

　　中國半導(dǎo)體協(xié)會數(shù)據(jù)顯示,，大陸封測市場規(guī)模從2012年的1034億元增長至2018年的2196億元。在2019年封測市場,，中國大陸占比達到28%,，僅次于中國臺灣,。

　　Lincoln指出，早在1989年,，Mentor就已經(jīng)進入中國大陸,。盡管當(dāng)時市場主要以PCB板級設(shè)計為主，中國大陸本土的IC產(chǎn)業(yè)仍在襁褓之中,，整個市場的體量也沒有現(xiàn)在這么龐大,，但Mentor絲毫沒有輕視中國市場和其未來的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　此外，Mentor還跟地方政府,、孵化平臺,、高校和研究所合作，降低創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的成本,，積極地扶持未來的明星企業(yè)。

　　這些年來,，Mentor見證了中國本土IC產(chǎn)業(yè)不斷強大,，尤其是封測領(lǐng)域。Lincoln表示,，近年中國本土先進封測廠商通過自主研發(fā)和兼并收購,，已基本形成先進封裝的產(chǎn)業(yè)化能力，但從先進封裝營收占總營收的比例和高密度集成等先進封裝技術(shù)發(fā)展上來說,，中國總體先進封裝技術(shù)水平與國際領(lǐng)先水平還有一定的差距,。

　　在此基礎(chǔ)上，Mentor正在不斷支持中國廠商在先進封裝領(lǐng)域的發(fā)展,，助力中國廠商在性能以及功耗等方面提升,。同時，Lincoln也提到,，在同等級的芯片中,，使用Mentor HDAP設(shè)計環(huán)境的產(chǎn)品，異構(gòu)集成能助力其效能更優(yōu)化,。

　　總結(jié)

　　在2020年,，圍繞先進封裝的戰(zhàn)火繼續(xù)升級，先進芯片制造商正在不斷加碼,，探索更廣闊的芯片創(chuàng)新空間,。

　　盡管這些技術(shù)方法的核心細節(jié)有所不同，但大家各展謀略,，都是為了持續(xù)提升芯片密度,、實現(xiàn)更為復(fù)雜和靈活的系統(tǒng)級芯片，以滿足客戶日益豐富的應(yīng)用需求,。

　　這種情況下,，隨著制程工藝逼近極限，成本無限提升，Mentor憑借在此領(lǐng)域豐富的經(jīng)驗,，其作用將越來越大,，更加不可或缺。