本文內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察綜合自nis。
今天，拜登-哈里斯政府宣布了提高美國(guó)先進(jìn)封裝能力的愿景，先進(jìn)封裝是制造最先進(jìn)半導(dǎo)體的關(guān)鍵技術(shù)。美國(guó)商務(wù)部負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)的副部長(zhǎng)兼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)主任Laurie E.Locascio在摩根州立大學(xué)發(fā)表講話時(shí)闡述了美國(guó)將如何從商務(wù)部CHIPS for America計(jì)劃的制造激勵(lì)和研究中受益和發(fā)展努力。
特別是，國(guó)家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃的約30億美元資金將用于推動(dòng)美國(guó)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。該計(jì)劃的初始資助機(jī)會(huì)預(yù)計(jì)將于2024年初公布。支持創(chuàng)新并讓美國(guó)保持在新研究的前沿是總統(tǒng)投資美國(guó)議程的重要組成部分。
“對(duì)國(guó)內(nèi)封裝能力和研發(fā)進(jìn)行大量投資對(duì)于在美國(guó)創(chuàng)建繁榮的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。我們需要確保我們的研究實(shí)驗(yàn)室能夠發(fā)明新的前沿芯片架構(gòu)，為每種最終用途應(yīng)用而設(shè)計(jì)，大規(guī)模制造并采用最先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行封裝。這種先進(jìn)封裝的新愿景將使我們能夠?qū)嵤┌莸强偨y(tǒng)的投資美國(guó)議程，并使我們的國(guó)家成為尖端半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。”商務(wù)部長(zhǎng)吉娜·雷蒙多(Gina Raimondo)表示。
“在十年內(nèi)，我們預(yù)計(jì)美國(guó)將制造和封裝世界上最先進(jìn)的芯片，”NIST主任Laurie E.Locascio說(shuō)道。“這意味著既要建立一個(gè)能夠自我維持、盈利且環(huán)保的大批量先進(jìn)封裝行業(yè)，又要進(jìn)行研究以加速新包裝方法進(jìn)入市場(chǎng)。”
為了概述這一愿景，CHIPS for America發(fā)布了“國(guó)家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃愿景”(NAPMP)，其中詳細(xì)介紹了兩黨CHIPS和科學(xué)法案創(chuàng)建的先進(jìn)封裝計(jì)劃的愿景、使命和目標(biāo)。
NAPMP是四個(gè)CHIPS for America研發(fā)計(jì)劃之一，這些計(jì)劃共同建立了所需的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，以確保美國(guó)半導(dǎo)體制造設(shè)施（包括由CHIPS法案資助的設(shè)施）生產(chǎn)世界上最復(fù)雜和最先進(jìn)的技術(shù)。
先進(jìn)封裝是一種尖端的設(shè)計(jì)和制造方法，它將具有多種功能的多個(gè)芯片放置在一個(gè)緊密互連的二維或三維“封裝”中。這種設(shè)計(jì)范例可以幫助該行業(yè)實(shí)現(xiàn)最先進(jìn)半導(dǎo)體所需的更密集、更小的尺寸。先進(jìn)封裝需要采用跨學(xué)科方法，將芯片設(shè)計(jì)師、材料科學(xué)家、工藝和機(jī)械工程師、測(cè)量科學(xué)家等聚集在一起。它還需要獲得先進(jìn)封裝設(shè)施等資源。目前，美國(guó)的傳統(tǒng)和先進(jìn)封裝產(chǎn)能均有限。
在美國(guó)發(fā)展這些先進(jìn)的封裝能力是進(jìn)一步增強(qiáng)該國(guó)技術(shù)領(lǐng)先地位和經(jīng)濟(jì)安全的關(guān)鍵一步。因此，CHIPS for America研發(fā)計(jì)劃將支持美國(guó)先進(jìn)封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)，這些技術(shù)可以部署到制造工廠，包括CHIPS制造激勵(lì)措施的接受者。
今天宣布的這項(xiàng)約30億美元的計(jì)劃將專門用于各種活動(dòng)，包括建立先進(jìn)的封裝試點(diǎn)設(shè)施，用于驗(yàn)證新技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移給美國(guó)制造商；勞動(dòng)力培訓(xùn)計(jì)劃，以確保新流程和工具配備有能力的人員；以及為以下項(xiàng)目提供資金：
- 材料和基材，
- 設(shè)備、工具和流程，
- 電力輸送和熱管理，
- 光子學(xué)和連接器，
- 小芯片生態(tài)系統(tǒng)，以及
- 測(cè)試、修復(fù)、安全性、互操作性和可靠性的協(xié)同設(shè)計(jì)。
今天發(fā)布的文件的部分目的是在未來(lái)的融資機(jī)會(huì)之前向包裝界提供NAPMP愿景的更多細(xì)節(jié)。該部門預(yù)計(jì)將于2024年宣布NAPMP的第一個(gè)融資機(jī)會(huì)（針對(duì)材料和基材）。隨后將公布有關(guān)投資領(lǐng)域（包括包裝試點(diǎn)設(shè)施）的其他公告。
“國(guó)家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃將與美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心(NSTC)等所有CHIPS研發(fā)計(jì)劃以及我們的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)合作伙伴密切合作，”CHIPS研究與開(kāi)發(fā)總監(jiān)Lora Weiss表示。“這些強(qiáng)大的研究項(xiàng)目將共同支持如此先進(jìn)的技術(shù)創(chuàng)新，以至于半導(dǎo)體制造商將選擇投資美國(guó)和我們本土的封裝能力。”
附：美國(guó)先進(jìn)封裝愿景
據(jù)NIST在白皮書中所說(shuō)，美國(guó)的先進(jìn)封裝愿景包括：
使成功的先進(jìn)封裝開(kāi)發(fā)工作得到驗(yàn)證并大規(guī)模轉(zhuǎn)移到美國(guó)制造。
開(kāi)發(fā)能夠進(jìn)行大批量和定制制造的封裝平臺(tái)。
創(chuàng)建基于異構(gòu)chiplet技術(shù)的先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)，以促進(jìn)芯片的廣泛和易于使用
技術(shù)開(kāi)發(fā)。
加強(qiáng)先進(jìn)封裝勞動(dòng)力發(fā)展工作，以維持國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)。
而為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，美國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)定了六個(gè)最優(yōu)先的研究投資領(lǐng)域及其相互依賴性如下圖所示：
美國(guó)方面認(rèn)為，封裝是復(fù)雜且跨學(xué)科的，需要示意性所示區(qū)域的相互作用。這些領(lǐng)域之間的交叉凸顯了相互依賴性；他們的無(wú)縫互動(dòng)對(duì)于戰(zhàn)略和運(yùn)營(yíng)上的成功至關(guān)重要。NAPMP將積極推動(dòng)這些領(lǐng)域和業(yè)務(wù)互動(dòng)的進(jìn)步。具體關(guān)注的領(lǐng)域如下所示：
1、材料和基板是構(gòu)建先進(jìn)封裝的平臺(tái)。新基板的關(guān)鍵要求包括多層精細(xì)布線和通孔間距、低翹曲、大面積以及集成有源和無(wú)源元件的能力。這些基板可以基于硅、玻璃或有機(jī)材料，并且可以包括扇出晶圓級(jí)工藝。
2、需要先進(jìn)的設(shè)備、工具和工藝，以便對(duì)基板進(jìn)行圖案化并將小芯片可靠地組裝在這些基板上。CMOS設(shè)備和工藝將進(jìn)行調(diào)整處理與不同類型基板兼容的芯片和晶圓。
3、先進(jìn)封裝組件的電力傳輸和熱管理。先進(jìn)封裝對(duì)功率密度和散熱方面的要求很高。先進(jìn)封裝要想取得成功，就必須解決電力輸送和高效熱管理方面的進(jìn)步。他們需要與所使用的基板和組裝工藝兼容的創(chuàng)新材料和解決方案。這些活動(dòng)將需要新的熱材料以及采用先進(jìn)基板和異構(gòu)集成的新穎電路拓?fù)洹?/p>
4、與外界通信的光子學(xué)和連接器。管理長(zhǎng)途通信需要低錯(cuò)誤率光子學(xué)和高密度、高速和低損耗的有源連接器，并且需要新穎且緊湊的解決方案。重點(diǎn)將放在可靠且可制造的集成連接器上，包括計(jì)算能力、數(shù)據(jù)預(yù)處理、安全性以及易于安裝到封裝組件上。
5、開(kāi)發(fā)chiplet生態(tài)系統(tǒng)。小芯片是指小型、部分功能的半導(dǎo)體芯片，當(dāng)它們以緊密的間距且彼此靠近地組裝時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)功能強(qiáng)大的子系統(tǒng)。將開(kāi)發(fā)小芯片發(fā)現(xiàn)方法，以確保這些小芯片的高水平可重用性、設(shè)計(jì)和倉(cāng)儲(chǔ)。
6、使用自動(dòng)化工具共同設(shè)計(jì)這些多芯片子系統(tǒng)。這些將適用于先進(jìn)封裝，同時(shí)考慮內(nèi)置測(cè)試和修復(fù)、安全性、互操作性和可靠性，并具有詳細(xì)了解用于組裝的基板和工藝，包括熱和電源管理解決方案。
除此以外，NAPMP還打算將勞動(dòng)力教育和培訓(xùn)納入NAPMP的所有工作中，利用每個(gè)投資領(lǐng)域和APPF內(nèi)的實(shí)習(xí)、合作社、勤工儉學(xué)計(jì)劃、研討會(huì)、實(shí)踐體驗(yàn)式學(xué)習(xí)以及其他教育進(jìn)步活動(dòng)。NAPMP打算資助包含強(qiáng)有力的勞動(dòng)力發(fā)展計(jì)劃的項(xiàng)目，這些計(jì)劃強(qiáng)調(diào)教育進(jìn)步和專業(yè)發(fā)展。
NAPMP與所有CHIPS研發(fā)項(xiàng)目密切合作，以實(shí)現(xiàn)CHIPS研發(fā)辦公室的集體項(xiàng)目目標(biāo)，即通過(guò)建立、連接和提供對(duì)國(guó)內(nèi)工具、資源、工人和設(shè)施的訪問(wèn)來(lái)加速基礎(chǔ)半導(dǎo)體技術(shù)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)部署。
例如，NSTC可能會(huì)管理APPF活動(dòng)的物理整合。與計(jì)量部門的合作計(jì)劃可以開(kāi)發(fā)工具和制造測(cè)試工具來(lái)驗(yàn)證包裝產(chǎn)品的性能以及標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)因?yàn)檫@些新的封裝方法需要實(shí)現(xiàn)其廣泛采用。
NAPMP正在與其他政府機(jī)構(gòu)密切合作，共同目標(biāo)是提高美國(guó)在先進(jìn)組裝、封裝和測(cè)試方面的能力和能力，特別關(guān)注可以轉(zhuǎn)移到NSTC和NAPMP設(shè)施中的轉(zhuǎn)型異構(gòu)集成技術(shù)。
根據(jù)計(jì)劃，NAPMP預(yù)計(jì)于2024年初發(fā)布第一個(gè)資助機(jī)會(huì)。第一個(gè)資助機(jī)會(huì)的主題將是材料和基材。
