摩爾時代面臨終結

　　智能終端時代，生活所需的各種電子產品里，芯片的應用越來越多，半導體芯片的重要性已不言而喻。未料，華為和中芯國際被美國下重手斷供芯片和技術，對我們猶如當頭一棒。但筆者認為，美國這一棒有兩面性，在斷供導致華為和中芯發展受挫的同時，也把中國的半導體界敲醒了，而且時機很微妙，竟是在摩爾定律快要走在盡頭的時候。

　　摩爾定律是美國芯片巨頭英特爾公司創辦人之一的戈登．摩爾（GordonMoore）在1965年于《電子學》雜志所提出。指的是一個尺寸的硅片上所容納的晶體管數量，因制程技術的提升，每18個月就會增加1倍。而且，雖然使用的技術更先進、性能也更強大了，但售價不變。1975年，摩爾又根據產業的發展趨勢修改了自己的觀察結果，改為晶體管的數量每2年增加1倍。

　　過去數十年來，摩爾定律就猶如法則一般引領了半導體行業的發展，半導體制程持續升級，芯片中的電晶體線寬從數十微米逐漸縮小到納米等級。

　　然而，半導體產業環境在近兩年產生了巨大的變化，當先進制程技術已走到7納米、5納米，甚至在未來幾年朝著3納米、2納米制程邁進的同時，晶體管大小正不斷逼近原子的物理體積極限。

　　但摩爾定律到底會在什么時候停止？沒有人知道答案。

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

　　當時他們預測的節點是7納米和5納米，但現在臺積電3納米的技術已經有眉目了，可見他們兩位的預測看起來都沒有實現。所以說摩爾定律的極限在哪，連這兩位半導體界的權威人物都拿捏不準，但至少摩爾定律存在極限這一點，他們兩位看法一致。

　　因此，筆者可以下結論，摩爾定律并非像牛頓提出的萬有引力一樣，屬于永恒的、真理般的自然科學規律，只是半導體行業的指導規則或目標，會隨著發展遇到瓶頸，直到被時間廢除。

　　先進封裝技術將推動后摩爾時代的半導體發展

　　半導體界想繼續為摩爾定律續命的話，只有兩個方法。第一，制程繼續提升；第二，將晶體數量從平面增加改為垂直堆疊。

　　從當前的全球半導體產業的競爭態勢來看，目前全球有能力往最先進制程發展的公司，只剩臺積電、三星、英特爾這三家。但摩爾定律能否續命又不完全不取決于它們，上游產業極紫外線光刻（EUV）等微影技術半導體生產設備的發展，更是關鍵。

　　如果當制程到了3納米甚至是2納米之后，無法再繼續進步，那就意味著靠制程推動的摩爾定律時代的終結，但與此同時，５G、人工智能、物聯網等應用正快速興起，對芯片的性能要求更高怎么辦？于是，為了繼續提升芯片效能，半導體界就不得不往另一個技術方向邁進了，這就是把晶體垂直堆疊起來的先進封裝技術。

　　那么，相比于靠制程平面化推動的摩爾時代，向上發展的先進封裝技術就是后摩爾時代。

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

　　先進封裝是什么？簡單來說，傳統封裝就像是把芯片安在一個量身定做的外殼里，這個外殼不簡單，不僅要保護芯片在工作時不受外界的水氣、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。

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

　　與傳統封裝相比，先進封裝能減少電源、存儲等芯片的空間占用比，同時增加高速運算芯片的占用比，以此達到摩爾定律晶體管數量每2年增加1倍的目標。

　　先進封裝的主流技術有以下幾種，硅通孔（TSV）、包括倒裝芯片（FC）、嵌入式封裝（ED）、扇入型晶圓級封裝（FIWLP）、系統級封裝（SiP）、扇出型晶圓級封裝（FOWLP）等各都有擁護者。

　　這幾年臺積電的成功，除了先進制程技術不斷進步外，最重要就是小芯片與先進封裝的進展，臺積電研發先進封裝的部門，就被命名為超越摩爾辦公室，可見制程技術全世界最領先的臺積電，也把先進封裝視為后摩爾時代的關鍵。

　　先進制程固然重要，但先進封裝也是關鍵一戰

　　一般來說，與先進制程相比，先進封裝在互聯網上的關注度的低了許多的，但在摩爾定律趨緩與后摩爾時代逼近的關鍵時刻，先進封裝在整個半導體產業鏈中的重要性將越來越突出，更將成為后摩爾時代半導體技術的最重要的發展指標。

　　雖然中國芯片制造在制程上還要繼續爬坡，當然一定會持續投資最先進的制程，但也不能忽略先進封裝，如何兩只腳都能站穩且齊頭并進，顯然是我們接下來最重要的課題。

　　再加上極紫外光（EUV）微影設備無法取得，先進制程研發難以開展，中國半導體界更須強化先進封裝技術，讓已掌握的成熟制程得以發揮效益，才能度過這段技術落差的難關。

　　技術是市場驅動的，因為技術、良率是通過大生產做出來的，只要有投片量就能在工藝和技術上有所提升。恰好中國又是全球最大的芯片市場，而且還已開始大力扶持本土半導體產業，全球半導體第三次國際產能向中國轉移大勢所趨，這是我們本土企業的優勢所在。

　　除此以外，還有一個利好，封測是中國半導體產業中發展比較完善的一個領域，甚至可以說是最強項，中國封測企業整體在先進封裝的營收占比在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。

　　中國在封測領域不乏佼佼者，比如長電科技在SiP封裝、2.5D、3D封裝的研制實力不容小覷，華天科技則在WLCSP、TSV、Bumping、Fan-out、FC等多個技術不斷加大研發投入與產出，通富微電則擁有Bumping、WLCSP、FC、BGA、SiP等先進封測技術，并在2D、2.5D封裝技術研發上取得突破。總的來說，中國三大封測巨頭在先進封裝領域，在我們還沒來得及留意的時候就已各有斬獲。

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

　　曾經，IDM（垂直整合一體化制造服務）與OSAT（外包封裝測試）是傳統半導體封測行業中的兩種商業模式。如三大半導體龍頭企業臺積電、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試服務。

　　但如今OSAT企業除了面臨來自上游芯片廠的競爭外，還要面臨富士康、基板和PCB廠商的跨界競爭，讓先進封裝格局再起波瀾。

　　筆者認為，對中國而言，前段芯片制造與后段先進封裝，缺一不可，全部包辦起來打造一條高度整合的供應鏈，才能在這場激烈的競賽中領先勝出。

　　你覺得中國應該專注制程上的追趕還是與封裝一起齊頭并進呢？
責任編輯：YYX