“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盟2023年10月發表的半導體新發展藍圖中，異構集成被認為將引領今后的半導體技術發展。

　　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。一些專家認為，為了實現芯粒的集成，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。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創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為了獲得芯粒技術而在日本設有研發基地。

　　芯粒面臨的挑戰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的業務負責人表示：“最終，良品率將成為最重要因素。”