“芯粒”成半導體制造競爭焦點
“芯粒”成半導體制造競爭焦點
來源：參考消息網
參考消息網2月20日報道 據《日本經濟新聞》網站報道，“芯粒”成為半導體制造的新競爭領域。芯粒是指按功能進行分割的較小的芯片。在今后的尖端半導體領域，把制程代際和功能不同的芯粒像積木一樣組合起來、像一個芯片那樣使用的技術將變得重要。
近年來，在制程的微細化方面，除了技術壁壘越來越高之外，設備投資也日漸龐大。這使得世界上只有少數幾家企業(yè)能夠參與競爭。在這種背景下，代替微細化、提升半導體性能的新技術受到期待。芯粒就是其中之一。通過制造芯粒，只有需要較高處理能力的部分使用最先進的制程制造，而輸入輸出等性能要求不高的部分則用可靠性高的老制程來制造。
像這樣將多個芯粒組合在一起的技術被稱為“芯粒集成”，如果以更高層次的視角理解，則稱為“異構集成”。在美國半導體研究聯(lián)盟2023年10月發(fā)表的半導體新發(fā)展藍圖中，異構集成被認為將引領今后的半導體技術發(fā)展。
芯粒的趨勢正在席卷整個半導體供應鏈。芯粒的興起對日本企業(yè)來說也是好機會。芯粒集成屬于被稱為半導體制造“后工序”的領域。后工序與在晶圓上形成電路圖案的“前工序”相對，是切割電路形成后的晶圓、通過配線和樹脂封裝等使芯片達到可安裝在印刷基板上的狀態(tài)。一些專家認為，為了實現(xiàn)芯粒的集成，后工序也會大量使用前工序的技術，因此會產生所謂“中工序”。
日本有很多在后工序的制造設備和原材料方面引領世界的企業(yè)。例如，迪思科公司在切割晶圓的切割設備領域擁有壓倒性的市場份額。而在后工序材料方面，Resonac公司的銷售額全球第一。
曾在歐洲半導體研究機構校際微電子中心(IMEC)長期從事研究工作的日本橫濱國立大學研究生院工學研究院系統(tǒng)創(chuàng)生部門的準教授井上史大，結合自己在IMEC的經驗表示，“在半導體領域，提到日本就會想到制造設備和材料”，實際上，臺積電和三星電子等海外大企業(yè)為了獲得芯粒技術而在日本設有研發(fā)基地。
芯粒面臨的挑戰(zhàn)主要是性能和成本之間的平衡。目前，在圖像(視頻)處理、人工智能(AI)、數據中心用高性能計算(HPC)等不計成本的領域，運用芯粒的例子很多。
例如，芯粒的連接可以采用將芯片并排放置在硅制布線用芯片“中介層”上的方法。但是，硅中介層非常昂貴。因此，業(yè)界正在研究使用有機材料中介層、被稱為“Bridge”的更小芯片、用銅和絕緣層制造的“重布線層”(RDL)等方法。
另一個挑戰(zhàn)則是芯片之間的連接。目前使用的是焊錫，但在使用焊錫的情況下，很難實現(xiàn)可放置的電極間距的微小化。在此背景下，不使用焊錫的混合鍵合等方式被提出。
使用不同材料時，因熱膨脹系數的差異和封裝的大型化而產生的翹曲也成為課題。此外，在進行三維方向上堆疊芯片的“三維封裝”時，由于其他芯片覆蓋在發(fā)熱的芯片之上，散熱變得困難。一家生產半導體后工序用零部件的企業(yè)的業(yè)務負責人表示：“最終，良品率將成為最重要因素。”
