多芯片异构集成技术
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聚焦异质异构技术前沿,共赴先进封装芯征程 | 2025异质异构集成前沿论坛
势银芯链· 2025-11-24 17:10
行业技术趋势 - 人工智能、高速计算、5G/6G等先进芯片驱动多芯片异构集成技术发展,其核心工艺混合键合技术拥有介质材料与介质材料直接互联、更小Pitch(<2微米)、更高I/O密度(1000倍)、更高带宽、更好导热性、更低功耗等优势 [8] - 2.5D/3D堆叠芯片是时代趋势,其中2.5D Chiplet部分设计工具成熟,但设计前移、各环节协同、可靠性测试仍需探索;3D IC设计方法学全局优化复杂度极高,产业发展需要芯片设计、封装制造、EDA设计通力配合 [12] - 先进Chiplets整合技术的延伸和快速发展,使得HDFO、2.5D、3D等异质/异构整合集成技术方案及结构正突破封IC集成的痛点,极大推进先进性能晶圆级封装技术的发展 [14] - 2026-2028年是全球先进封装技术加速渗透以及新技术从1到100突破的关键期,先进封装技术将推动供应链材料与装备市场的增长,同时驱动供应链产品升级迭代 [16] 关键工艺与技术挑战 - 晶圆级键合要求很高的单片晶圆良率,且整合时要求Pixel和逻辑芯片面积相同,逻辑电路虽随工艺提升缩小,但碍于Pixel芯片尺寸无法缩小逻辑芯片面积,带来系统整体成本和性能的相互制约 [10] - 半导体混合键合集成技术中的关键挑战在于键合气泡的控制、芯片边缘质量的改善、键合能的片内均匀性、键合后偏差(OVL)等 [31] - 先进封装量产难点在于表面光滑度、表面清洁度、键合对准精度、键合热力控制、键合效率与良率等 [39] - 随着3D IC等先进封装技术的发展,对晶圆减薄与划切提出更薄、更平、更干净的极致要求,减薄设备可将晶圆从775微米减薄至7微米,同时保持卓越平整度与洁净度 [33] 材料与设备创新 - 高密度集成电路制造与先进封装用高分子材料对于半导体产业链建设具有关键性保障作用和很大商业价值,除国产替代材料外还有创新材料应用,建议把握发展机遇推动高技术材料国产化及产业化 [24] - 在超高真空条件下实现的金刚石常温直接键合技术,通过快原子束表面活化与高精度对准系统,实现金刚石与多种半导体材料高强度、低热阻、无中间层结合,键合界面热阻降低至传统方法1/3,耐热性可达1000℃ [29] - 混合键合通过提升对准精度以实现更高Cu-Cu互连密度;熔融键合通过优化晶圆畸变控制能力以实现更先进晶背工艺,随着键合技术发展更多突破性AI芯片架构将得以实现 [35] - 采用优化后的chuck降低键合波引入局部应力,显著降低IPD残余量至5纳米左右,有利于提高背部光刻叠加性能 [37] 检测与仿真技术 - 跨尺度探针量测平台设计及验证已达到混合键合在线测量技术要求,并在多条产线验证,原子力显微镜高速测量技术与压缩传感成像比传统技术提升60倍效率,但距离芯片二维在线应用仍有两个量级差距 [20] - COMSOL多物理场仿真平台使用统一用户界面模拟各种工程领域物理现象以优化产品设计和开发流程,通过模型开发器实现多种物理现象耦合,通过App开发器将仿真模型开发为仿真App,通过模型管理器对仿真模型和App高效管理 [22] - 在半导体制程中,因各道工艺存在损害材料可能性,在2D/3D封装时需结合高通量亚微米检测解决方案用于检测晶圆缺陷,还可配备3D计量传感器使其适用于多种材料、厚度和晶圆尺寸 [41] 市场与产业链生态 - 磁传感器市场广、应用范围大,在工业控制、医疗、汽车、消费电子等领域有巨大市场需求,每年销售数十亿颗,金额达百亿美元 [18] - Chiplet普及需要从EDA工具、IP供应商到晶圆厂、封测厂再到终端品牌的全产业链协同,通过材料创新、架构创新和制程创新组合可同时实现超高密度与大规模、低成本制造 [26]