后摩尔时代的封装突围,透视AI芯片集成技术新趋势

2025-10-29 17:59:04 来源: 李晨光
10月28-29日,由荣芯半导体(淮安)有限公司和未来半导体主办的第23届中国半导体封测展暨封测技术与市场大会(CSPT 2025)在江苏淮安隆重举办,以“集聚封测智慧,赋能AI新时代”为主题,涵盖1场高峰论坛、5场技术研讨会及1个专业主题展,汇聚全球封测领域企业、专家与精英,共探产业创新方向与市场趋势。

大会次日(29日),举办的平行论坛聚焦先进封装国产化落地的关键工艺、材料与应用安排了多场平行论坛:2.5D/3D集成封装大会、封装材料创新与合作大会、先进IC载板与材料论坛、AI芯片先进封装与集成技术、AI芯片先进封装与集成技术以及生态圈活动。

本次,我们针对“AI芯片先进封装与集成技术”论坛,解读行业专家带来的精彩分享与行业洞察。



江城实验室:先进封装与制程协同,破解智算时代算力增长瓶颈


在CSPT 2025中国半导体封测技术与市场大会次日举办的“AI芯片先进封装与集成技术”平行论坛上,江城实验室研究员梁嘉宁以《智算时代先进封装和先进制程协同发展》为主题发表演讲,指出后摩尔时代需通过“先进制程+先进封装”协同,才能满足智算领域指数级增长的算力需求,同时分享了关键工艺挑战的解决路径与实验室技术布局。

江城实验室研究员梁嘉宁

梁嘉宁首先点明行业核心矛盾:摩尔定律逼近物理极限,先进制程研发成本激增,晶体管密度增速放缓;而智算需求却呈爆发式增长,2028年中国智能算力规模预计达1436 EFLOPS,GPT-4等大模型参数量超万亿,芯片实际算力增长与需求严重失配。

在此背景下,单一依赖制程微缩已难破局,先进封装通过2.5D/3D高密度集成,将CPU/GPU、存储等芯粒异构整合,成为高性能AI芯片的“必备技术”——以NVIDIA GH200为例,其通过2.5D CoWoS封装集成8颗HBM2e,实现800GB/s内存带宽,印证了封装对芯片能力的定义作用。

演讲中,梁嘉宁强调先进制程与封装面临四大共性挑战:一是高精度对准,两者对对准精度要求均需<100nm,多层集成中键合偏移易导致功能失效;二是晶圆减薄,先进制程需减薄至300nm以下,先进封装减薄尺寸趋近同一量级,需平衡“低损伤”与“厚度控制”;三是互连技术,从微米级Cu互连到纳米级W/Co互连,需解决信号完整性与电阻问题,混合键合已向400nm以下间距演进,逼近电路级集成;四是工艺温度兼容性,前道高温需求(>600℃)与后道低温限制(<400℃)存在冲突,尤其需适配DRAM等热敏器件。

针对这些挑战,梁嘉宁提出“工艺优化+仿真协同”的解决思路:在工艺端,开发SiGe刻蚀终止层实现低损伤晶圆减薄,通过TSV阵列与混合键合技术提升互连密度;在仿真端,构建热-力-电多物理场耦合模型,精准预测晶圆翘曲、键合缺陷等问题,同时建立互连材料微观迁移机制数据库,为材料筛选提供理论支撑。

据悉,江城实验室已布局三大核心技术平台:高密度晶圆集成(HBW)支持<1μm互连间距、200nm键合精度;平面芯粒异质封装(HIC)可集成不同尺寸硅基/化合物芯片;高密度硅转接板(SIC)实现500nf/mm²以上高密度电容与超高深宽比TSV(20:1)。未来,江城实验室将持续深化“制程-封装”协同研发,为GPU、3D-NPU等算力芯片提供架构创新与工艺示范,助力智算产业突破算力瓶颈。

南京屹立芯创:气泡解决方案筑牢先进封装可靠性


南京屹立芯创半导体科技有限公司研发工程师巫碧勤以《先进封装破解AI算力之气泡解决方案》为主题演讲,聚焦先进封装中胶层气泡这一关键痛点,分享了针对性解决方案,为高性能AI芯片封装的可靠性保驾护航。

南京屹立芯创半导体科技有限公司研发工程师巫碧勤

巫碧勤指出,AI与HPC需求正驱动先进封装市场高速增长。据Yole数据,2023-2029年全球先进封装市场年复合增长率达12.7%,2029年规模将突破800亿美元,其中2.5D/3D封装增速高达20.9%,成为算力芯片的核心支撑技术。但随着BBCube、HBM等先进封装技术普及,粘胶键合工艺(如Wafer-on-Wafer/WOW、Chip-on-Wafer/COW)中的气泡问题日益凸显——薄晶圆(<200μm)键合时,胶层气泡会导致TSV互联失效、热阻升高,严重影响芯片带宽与稳定性,成为制约AI算力释放的隐形瓶颈。

针对这一痛点,屹立芯创推出“除泡+压膜”一体化解决方案:核心产品除泡系统(De-void System)可精准消除粘胶层气泡,适配SiP系统级封装、FC倒装等主流工艺;晶圆级真空贴压膜系统则通过真空环境与精准压力控制,实现薄晶圆的无气泡键合,保障键合后晶圆总厚度偏差(TTV)≤1μm,满足BBCube技术对“低应力、高密度互联”的要求。该方案已在半导体封装、功率模组等场景落地,可支撑4层300mm晶圆堆叠,且在堆叠芯片数量超HBM2E 4倍时,仍能降低2/3热阻,显著提升封装良率与散热效率。

作为智能除泡及压膜系统专家,屹立芯创已构建“1+3+N”战略布局——以南京全球总部为核心,依托台湾-东京研发测试平台、大数据与行动测试应用平台,在苏州、深圳等多地设应用服务中心,业务覆盖全球主要半导体产区。同时,公司还提供SAT、SEM等实验室分析服务,为解决方案优化提供数据支撑。巫碧勤表示,公司未来将持续深化技术研发,针对更薄晶圆、更高密度封装场景升级解决方案,助力先进封装突破可靠性瓶颈,为AI算力芯片稳定运行提供坚实保障。

珠海天成:以先进封装技术破局算力困局,多维互连助力算力迭代


珠海天成先进半导体科技有限公司市场总监蔡云豪以《突破算力困局:先进封装技术助力算力迭代》为主题演讲,直指后摩尔时代算力增长瓶颈,阐述了先进封装如何通过技术创新成为算力突破的核心支撑。

珠海天成先进半导体科技有限公司市场总监蔡云豪

蔡云豪指出,当前半导体产业面临双重挑战:一方面,摩尔定律逼近物理极限,3nm节点量子泄漏电流达1μA/μm²,漏电功耗占比升至35%,且先进制程成本激增;另一方面,算力需求呈指数级增长,AI大模型推动算力需求每2年翻番,芯片实际算力增长与需求严重失配,“存储墙”“面积墙”“功耗墙”“功能墙”成为主要瓶颈。

对此,先进封装可实现“性能等效、成本优化”,例如通过CoWoS封装能让5nm芯片性能等效3nm,同时节约40%成本,成为破局关键。

从市场来看,先进封装正加速扩容。据Yole预测,2025年先进封装市场占比已超传统封装,2028年全球规模将达786亿美元,其中2.5D/3D封装因适配AI/高性能计算需求,年复合增长率高达30%,成为增长核心引擎。

技术层面,蔡云豪详解先进封装多维突破路径:在核心封装技术上,CoWoS系列形成差异化路线——CoWoS-S通过亚微米RDL(与深孔3D电容,实现HBM高密度集成;CoWoS-R采用Fan-out结构与混合RDL,平衡密度与成本;CoWoS-L则通过Si桥与树脂基板,集成更多有源芯片。此外,高深宽比TSV技术实现更高密度互连,双大马士革超细RDL工艺降低成本,高热流一体化散热技术解决多芯粒堆叠热管理难题,全方位突破算力制约。

针对光电传输瓶颈,蔡云豪强调CPO技术的重要性:通过将光引擎与交换芯片共封,缩短传输路径,可减少50%传输功耗、降低延迟,如Broadcom Bailly方案集成8个6.4Tbps光引擎,总带宽达51.2Tbps。

珠海天成则构建“九重”晶圆级三维集成技术体系,覆盖2.5D Si中介层、3D TSV集成、混合键合等关键技术,可提供FCBGA、FCCSP等多形态封装解决方案。蔡云豪指出,公司未来将持续深化多维互连技术,以先进封装助力算力迭代,为AI、HPC等场景破解算力困局。

苏州模流:Moldex3D模流分析方案,护航先进封装工艺良率与性能


苏州模流分析软件有限公司CAE技术经理秦舒阳以《Moldex3D先进封装模流分析解决方案及最新技术进展》为主题演讲,聚焦先进封装模塑工艺痛点,分享了全流程模流仿真方案,为封装良率提升与性能优化提供技术支撑。

苏州模流分析软件有限公司CAE技术经理秦舒阳

秦舒阳指出,先进封装封装形式复杂,模塑过程中材料流动、温度场、应力分布等因素直接影响封装可靠性。Moldex3D针对此推出全场景解决方案,覆盖传递模塑(TM)、压缩成型(CM)、底部填充(CUF/MUF/NUF)、灌封等核心工艺,可适配RF IC、存储IC、车规功率模块等多类产品,通过“材料-工艺-设计”三维协同仿真,提前预判工艺缺陷。

据介绍,方案核心优势在于多维度精准把控:材料端,依托ISO 17025认证的材料表征中心,通过流变仪、DMA等设备量化材料黏度、固化动力学等关键参数;工艺端,仿真注塑速度、压力、冷却速率等参数对填充均匀性的影响;设计端,分析浇口数量、基板厚度等几何因素对引线偏移(Wire Sweep)、Paddle移位(PS)的作用。同时,方案还支持排气分析、填充浓度分析、模后固化分析,可有效解决气泡残留、填料分布不均、封装翘曲等行业常见问题。

目前,Moldex3D已服务英特尔、三星、长电科技等全球头部企业,其仿真方案能帮助企业减少物理试模次数,缩短研发周期,提升封装良率。秦舒阳表示,未来公司将持续深化与先进封装工艺的适配,针对3D封装、异质集成等复杂场景优化仿真模型,为半导体封装产业高质量发展提供更精准的CAE技术支持。

联合微电子:嵌入式硅桥破解芯粒互联瓶颈,助力高性能计算芯片自主可控


联合微电子中心(CUMEC)有限责任公司微系统中心副主任唐昭焕以《面向高性能计算的嵌入式硅桥集成工艺解决方案》为主题演讲,指出芯粒(Chiplet)集成是后摩尔时代半导体产业“换道超车”的关键赛道,而嵌入式硅桥则是突破芯粒互联瓶颈的核心技术,并分享了联合微电子的自主技术成果与解决方案。

联合微电子中心(CUMEC)有限责任公司微系统中心副主任唐昭焕

唐昭焕强调,芯粒集成的核心在于“分、联、合”——将SoC拆分为模块化芯粒,通过先进封装技术互联,重构高性能系统级芯片,可大幅提升良率、降低成本。但这一过程中,互联是关键瓶颈,嵌入式硅桥凭借高带宽密度、低传输损耗优势,成为主流方案:英特尔EMIB、台积电CoWoS-L、三星I-Cube-E等架构均集成硅桥,解决计算与存储芯粒的高速互联问题。

依托自主建成的8英寸90nm高端特色工艺线(总投资超13亿元,月产能3000片),联合微电子研发两大嵌入式硅桥技术平台:一是HDIB-H高带宽密度平台,采用3-6层大马士革布线,最小线宽/间距0.4μm/0.4μm,支持TSV(孔径5-20μm)与UCle、PCle协议,HBM2e硅桥产品带宽密度达339Gbps/mm,3dB带宽2.8GHz,满足3.6Gbps/pin的通信需求;二是HDIB-L低传输损耗平台,以2μm/2μm线宽/间距、2μm布线厚度为核心,适配模拟信号传输,线长200μm时3dB带宽仍≥40GHz,传输损耗低至0.68dB@40GHz。

针对不同应用场景,联合微电子提供定制化集成解决方案:面向大芯粒的晶圆级方案与小芯粒的面板级方案,均支持硅桥芯片的TSV、IPD、DTC集成,并开放7套工艺PDK,适配Cadence、Ansys等设计平台,提供从链路仿真、版图设计到热/翘曲评估的全流程协同支持。目前,该方案已与芯和、硅芯等企业合作,构建起完整设计生态。

唐昭焕表示,嵌入式硅桥是连接Foundry与OSAT的关键纽带,联合微电子将持续深化技术迭代,推动硅桥与先进封装工艺融合,助力国产高性能计算芯片突破互联瓶颈,实现自主可控发展。

华封科技:贴片设备成先进封装“关键基建”,技术突破助力算力突破


华封科技有限公司集团销售经理李天鸣以《设备贴片:助力先进封装发展的关键力量》为主题演讲,指出后摩尔时代下,贴片设备作为先进封装的“核心建造工具”,正通过高精度、高速度、大尺寸突破,支撑Chiplet架构与先进封装产业化,破解算力增长瓶颈。

华封科技有限公司集团销售经理李天鸣

李天鸣开篇点明行业背景:随着摩尔定律逼近物理极限,“功耗墙、内存墙、成本墙”凸显,而先进封装通过Chiplet异构集成,成为提升算力、降低成本的核心路径——当前英伟达GB200、AMD MI325等顶尖AI芯片均依赖“Chiplet+先进封装”架构。

在此过程中,贴片设备(Die Bonder)如同“芯片建造的起重机”,通过“拾取-放置”(Pick&Place)实现芯粒精准互联,是构建复杂封装结构的关键设备,其精度、速度直接决定先进封装的良率与产业化能力。

从技术趋势看,贴片设备正朝着“三高一化”演进:高精度方面,从传统倒装的±10-15μm精度,迈向2.5D/3D封装的±1-3μm,混合键合场景更需<200nm亚微米级精度,满足高端封装需求;高速度方面,为适配批量生产,设备UPH需突破20K,华封部分设备已实现162K/天的产出效率;大尺寸方面,FOPLP成为降本关键,华封可支持700mm×700mm大尺寸载板,面积效率达81%,较晶圆级封装成本降低20%;面板化则成为核心趋势,解决大尺寸芯片互联与成本难题,Space X等企业已布局该方向。

作为全球领先的先进封装设备商,华封科技已构建显著竞争优势:在晶圆级封装领域,是日月光独家供应商,服务高通等客户的5G芯片; 2.5D封装领域,国内先发,为日月光FOCOS工艺累计供货20+台,支持多芯粒混合集成;板级封装领域,更是全球唯一能批量供货的厂商,为ST、特斯拉、Space X等提供超20台设备,支撑卫星射频芯片、电源管理芯片共封。目前,公司客户覆盖英伟达、Intel、AMD等国际头部企业,业务布局新加坡、中国台湾、菲律宾等多地。

李天鸣表示,华封正推进“先进封装设计+整线解决方案”战略,组建由日月光前CTO带队的核心团队,提供设备、工艺、软件、IP授权全链条服务,助力国内先进封装设备自主化,为算力芯片产业化提供“关键基建”支撑。

触点智能:固晶机全系列方案破局存储芯片带宽瓶颈,赋能AI存储升级


在CSPT 2025中国半导体封测技术与市场大会上,东莞触点智能装备有限公司研究院副院长欧阳小龙以《助力存储芯片带宽革命:触点智能固晶机全系列解决方案》为主题演讲,聚焦AI驱动下存储芯片的带宽需求升级,分享针对性固晶机技术方案,为存储封装突破精度、堆叠、薄die等瓶颈提供支撑。

东莞触点智能装备有限公司研究院副院长欧阳小龙

欧阳小龙首先指出,存储芯片市场正迎来“回暖+增长”双机遇:2024年市场营收同比增长78%,2025年预计增速18%,AI Cloud与AI Edge场景更推动存储向“高带宽、大容量、低延迟、小尺寸”升级。然而,这一过程中,封装工艺面临三大核心挑战:一是移动端嵌入式闪存向UFS 4.x演进,超薄主控芯片(50-80μm)倒装易裂片;二是垂直引线封装(VW/VCS/VFO)需±5μm级贴合精度;三是HBM/HBF等高性能存储需可靠的TSV多层堆叠技术。

针对这些痛点,触点智能推出全系列固晶机解决方案:在移动端闪存领域,AP-M2000FC通过“多轴多步顶薄die方案”与“Flux自动检测”,适配50-80μm超薄die倒装,避免裂片风险,同时支持DAF堆叠与Flipchip柔性集成;在垂直引线封装领域,基板级AP-M2000实现±5μm@3σ精度,晶圆级方案精度提升至±3μm@3σ,满足Kioxia VW、三星VCS等工艺需求;在HBM/HBF高性能存储领域,AP-TC2000晶圆级热压键合机表现突出,定位精度达±1.5μm@3σ,支持420℃高温键合与200℃/s快速升降温,可实现1500 UPH的无 flux 工艺,解决超薄DRAM/Flash die的翘曲与多层堆叠难题。

目前,触点智能技术已实现市场深度渗透——AP-M2000系列在存储芯片薄die DAF堆叠等成熟工艺中渗透率超55%,覆盖80%存储封装场景。作为成立于2016年的精密装备企业,触点智能已拥有100+专利,获ISO 9001/14001/45001认证,首创半导体封装无人化整线、3D超薄堆叠固晶机等4项核心技术,未来还将向200nm精度的混合键合设备演进,进一步支撑AI时代存储芯片的带宽革命。

欧阳小龙表示,触点智能将持续以“精密取放技术”为核心,通过全系列固晶机方案,助力存储芯片突破封装瓶颈,为AI、云计算等场景提供高可靠、高性价比的存储封装装备支撑。

盛美半导体:FOPLP工艺国产设备突破,全链条方案助力先进封装产业化


盛美半导体设备(上海)股份有限公司销售经理丁明星以《FOPLP工艺国产设备进展》为主题演讲,聚焦面板级先进封装(FOPLP)国产化设备痛点,分享了盛美在电镀、清洗、刻蚀三大核心设备的技术突破,为FOPLP工艺规模化应用提供国产装备支撑。

盛美半导体设备(上海)股份有限公司销售经理丁明星

作为国内半导体设备领军企业,盛美半导体已构建覆盖前道、后道、大硅片的全产品线,拥有1699项专利申请(540项已授权),在上海张江、川沙及临港布局三大研发制造基地,员工超2000人。

针对FOPLP工艺对“大尺寸、高精度、低污染”的设备需求,公司重点研发三大核心设备:

面板级先进封装电镀设备:采用水平式电镀腔体设计,搭配独立多阳极控制与四边密封技术,既能避免边缘种子层损伤,又能通过旋转调节保证面板内及面板间膜厚均匀性,已适配510×515mm、600×600mm大尺寸面板,可实现Cu/Ni/SnAg等多种金属镀层,满足高密度扇出(HDFO)、Mega Pillar(120μm)等量产需求,设备WPH与垂直电镀相当,兼顾效率与精度。

负压清洗设备:依托真空吸附式 Chuck 设计,实现面板稳定固定,适配≤20μm凸点间距与SOH(20μm以下)清洗需求,真空环境下清洗液穿透力强,可高效处理Die数量多、尺寸多样的整合芯片,解决传统清洗残留难题。

边缘湿法刻蚀设备:配备精准对中装置,确保边缘刻蚀精度,可控制面板翘曲≤10mm,适配FOPLP工艺中基板边缘的精细化处理,为后续封装互连提供平整基底。

目前,盛美FOPLP设备已形成“电镀-清洗-刻蚀”全链条解决方案,可根据客户需求提供定制化服务,重点服务国内先进封装工厂。公司同时推进临港基地建设,计划2026年达产,进一步扩大FOPLP等先进设备产能。根据战略规划,盛美将持续拓展湿法与干法设备产品线,目标2030年跻身全球集成电路设备企业十强行列,覆盖超200亿美元市场规模。

丁明星表示,FOPLP作为先进封装降本关键工艺,其国产化装备突破对产业链自主可控意义重大。盛美将持续深化设备与工艺的协同创新,助力国内FOPLP工艺从技术研发迈向规模化量产,为半导体先进封装产业升级注入国产动能。

KLA:AI赋能封装外观检测,破解先进封装精度与效率难题


在本次平行论坛最后,KLA ICOS中国区产品经理温群雄以《应对封装外观检测挑战的KLA解决方案》为主题演讲,聚焦先进封装外观检测的精度与效率痛点,展示了KLA从设备到AI技术的全维度解决方案,为封测厂商提升良率、降低成本提供支撑。

作为全球半导体检测设备领军企业,KLA成立于1976年,总部位于美国,2024年营收达108.5亿美元,员工超1.5万人,专业岗位中65%以上拥有博士或硕士学历,技术实力深厚。随着2.5D/3D封装、Chiplet等技术迭代,封装外观检测面临高精度计量、多维度缺陷识别和高效检测等多重需求与挑战。

针对这些挑战,KLA推出以ICOS™ T3/T7/T8系列为核心的解决方案,该系列设备具备高灵敏度缺陷检测能力,可精准捕捉微小裂纹、凸点异常等问题,同时提供准确的3D计量数据,支撑封装组件的精准分选;搭配CIRCL™-AP、Kronos M-11xx等设备,可覆盖晶圆级封装到最终组装测试的全流程检测需求,如SPTS等离子刻蚀/切割设备助力晶圆预处理,Surfscan® eDR7380™M实现晶圆表面缺陷筛查。

更关键的是,方案融入AI深度学习技术,通过机上实时智能分箱功能,无需人工复核即可精准分类缺陷类型,大幅降低误判率,同时避免人工操作带来的一致性问题,提升检测效率与稳定性。

温群雄表示,先进封装技术的升级正持续推高检测难度,KLA将持续深化设备+AI融合,以高灵敏度、高精准度、高效率的检测方案,助力封测厂商应对从传统封装到先进封装的检测挑战,为半导体产业链良率提升与成本优化提供关键保障。
责任编辑:chenguang

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