为何先进封装至关重要？当下AI（人工智能）、HPC（高性能计算） 及各类下一代终端设备的业务负载，都需要极致高速的海量算力支撑，而先进封装正是实现这一需求的核心基石。本文介绍了推动行业变革的五大核心技术。

数十年来，半导体行业始终依托 Moore’s Law（摩尔定律）—— 芯片上的晶体管数量约每两年翻一番 —— 持续提升产品性能。但随着晶体管设计逼近原子尺度，传统制程微缩的难度与成本都已达到极高水平。

Advanced Packaging（先进封装） 应运而生：这类全新的封装集成架构，重新定义了芯片的设计与互连方式。先进封装技术为单一封装内拓展芯片功能、优化互连密度提供了全新路径，通过拉近半导体器件的物理间距，在计算性能、传输延迟、功耗控制及成本优化方面创造多重优势。

1. Hybrid Bonding (Die-to-Wafer) 混合键合（裸片 - 晶圆）

·  什么是混合键合？

·  混合键合的重要性

传统半导体封装一直依靠焊球与微凸点这类微型金属焊料结构，实现裸片与晶圆的互连。随着芯片架构愈发复杂、interconnect pitches（互连节距） 不断缩小，焊料凸点的工艺极限已然显现。混合键合可实现 10 μm 以下超精细节距互连，降低互连电阻与封装功耗损耗，是 AI 处理器所用 HBM（高带宽内存） 等 3D die stacking（3D 裸片堆叠） 技术未来发展路线的关键支撑。

·  混合键合的优势

1.更高互连密度：同等面积内可集成更多数据传输通道

2.更低功耗损耗：减小互连电阻，降低能源浪费

3.紧凑化设计：适配 3D 集成需求，打造更轻薄小巧的封装形态混合键合的制造挑战

混合键合对裸片 - 晶圆对位精度、表面预处理工艺要求极高。必须精准检测并规避对位偏差、空洞、厚度不均等问题，才能实现高精度无缝铜焊键合。即便是微小的缺陷或对位误差，也会直接影响芯片整体性能。

2. Wafer & Panel-Level Interposers 晶圆及面板级中介层：芯粒互连枢纽

·  什么是中介层？

中介层是一层由硅基或有机材料制成的薄层结构，铺设在多颗并排芯片与基板之间，相当于裸片间高速数据传输的 “交通枢纽”。

·  中介层的重要性

借助RDL（重布线层） 专用布线与TSVs（硅通孔），中介层能够为2.5D架构构建高速互连通路，降低信号能耗，支持包含堆叠裸片在内的复杂芯片组合。在面向AI与HPC等高算力场景的先进封装架构中，中介层应用十分广泛。但该技术会增加材料与制造成本；随着中介层需要承载的芯片数量、互连密度持续提升，良率管控难度也随之加大。行业正探索面板级制程方案，以提升材料利用率与生产效率，同时也带来了全新的工艺技术要求。

·  晶圆及面板级中介层的优势

1.高密度互连：完美适配chiplets（芯粒） 架构

2.布线灵活性强：可满足AI、HPC复杂芯片设计需求

3.成本优化：面板级规模化生产提升材料利用率中介层的制造挑战

精细节距布线的中介层生产工艺复杂度持续攀升。随着 RDL 层与 TSVs 结构密度不断提升，图形化刻蚀精度、缺陷管控都至关重要。向面板级制程转型带来了巨大工程难题，需要将先进光刻图形化工艺适配全新材料与面板规格；翘曲变形、对位偏差等问题，也倒逼行业为2.5D集成开发全新技术方案。

3. Embedded Bridges 嵌入式桥接：异构集成方案

·  什么是嵌入式桥接？

嵌入式桥接是嵌入封装内部的小型硅基芯粒，可在相邻裸片间建立直接高速互连链路。它既可集成在封装模组层级，也可内嵌于有机基板中，无需完整中介层，即可实现定点高速互连。

·  嵌入式桥接的重要性

相较于传统中介层方案，嵌入式桥接以更低成本、更小体积实现定点高密度互连。该异构集成先进封装技术，能够为AI训练与推理应用带来性能升级与能力拓展。

·  嵌入式桥接的优势

1.成本更低：无需搭载完整中介层结构

2.性能可扩展：支持异构芯片灵活集成嵌入式桥接的制造挑战

承载桥接芯片的腔体需要高精度成型，桥接芯片的对位、灌封封装都必须严格控制公差。桥接芯片与互连裸片之间，bump height（凸点高度） 一致性、共面度及对位精度是可靠互连的核心。任何微小参数偏差都会引发性能故障，因此严苛的工艺管控不可或缺。

4. Glass Core Substrates 玻璃芯基板

·  什么是玻璃芯基板？

玻璃芯基板是传统有机IC 基板的新一代替代方案，可为下一代半导体封装提供更精细的图形化制程能力、优异的热稳定性与信号完整性。

·  玻璃芯基板的重要性

IC 基板是连接芯片 / 中介层与PCB（印制电路板） 的基础载体。相比传统有机材料，玻璃芯基板具备多重核心优势：导热系数更高，散热能力更强；介电常数更低，可提升传输速率、减少信号损耗；热膨胀系数与硅材料高度匹配，温度变化下互连结构更稳定。

玻璃可制成大面积低翘曲平整面板，支持精细化线路刻蚀，实现更高互连密度与设计灵活性。同时玻璃的透光特性可支撑未来光子集成发展，为高速计算系统的光学互连铺平道路。

·  玻璃芯基板的优势

1.散热性能优异：散热效率更高、热稳定性更强

2.信号完整性佳：减少信号损耗、提升传输速率

3.设计灵活度高：支持精细线路刻蚀，互连密度更高玻璃芯基板的制造挑战

玻璃材质本身脆性大，TGVs（玻璃通孔） 成型与物料搬运难度极高。TGVs 的激光改性与湿法刻蚀必须极致精密，避免出现开裂、崩边等缺陷。刻蚀、切割、搬运过程中产生的各类缺陷会严重影响器件可靠性，而透明玻璃的缺陷检测也进一步提升了工艺难度。

5. Co-Packaged Optics (CPO) 共封装光学

·  什么是共封装光学？

CPO 将光学器件与负责服务器间数据调度的网络交换机 ASIC（专用集成电路） 集成在同一封装内，以光学链路替代传统电路互连，实现更低功耗、更高速度的数据传输。

·  共封装光学的重要性

网络交换机是数据中心的核心枢纽，负责服务器间海量数据调度。目前行业主流方案是通过PCB外接可插拔光模块，将ASIC电信号与光信号相互转换，再通过光纤完成跨设备传输。

随着 AI、云计算与HPC业务负载爆发式增长，传统电路互连在传输速率、能效比、热管理方面已触及瓶颈。先进封装下的 CPO 技术，大幅缩短光学器件与电子芯片的物理距离，减少信号损耗与功耗，同时提升带宽上限。规模化应用后，将助力数据中心实现更快通信、更低能耗，满足AI算力与大规模组网的增长需求。

·  共封装光学的优势

1.更高带宽密度：支撑大型系统超高速数据传输

2.更低功耗：降低能耗与发热

3.结构紧凑：同等面积可集成更多端口共封装光学的制造挑战

实现 CPO 的 PICs（光子集成电路） 工艺精度要求极高，需保证单一封装内数百根光纤与连接器的精准对位。光波导与光纤必须实现完美对齐，才能维持信号完整性。这对工艺管控提出了远超传统电性测试的全新要求，微小的对位偏差都会造成性能衰减。

先进封装并非简单的技术迭代，而是行业发展的根本性变革。通过实现芯片间更高速、更高效的互连，上述技术正为AI、HPC等领域的技术突破奠定基础。

随着行业向芯粒架构与异构集成演进，先进封装将成为下一代计算产业的底层基石。

来源：《半导体盒》

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