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3D封装,引领封装技术未来 [复制链接]

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发表于 2016-10-28 16:08:34 |显示全部楼层

      今年8月,在美国加利福尼亚州圣克拉拉举办的闪存峰会上,三星公司宣布关于立体堆叠3D闪存V-NAND已经实现64层晶粒堆叠,存储密度再创新高,超过了刚经过测评的Portable SSD T3中的48层V-NAND立体堆叠。在此之前,今年上半年,我国武汉新芯集成电路制造有限公司获得国家集成电路产业投资基金及其他公司240亿美元的投资,着力于3D-NAND的研发与生产,据称其实验室已经实现了32层晶粒堆叠封装。由此,3D封装技术在全球掀起的热潮可见一斑,业内人士更是将其视为我国集成电路半导体产业实现弯道超车的重要机遇。


  集成电路封装是集成电路技术领域的重要生产环节,近年来计算机、通信相关技术的发展,对集成电路封装技术提出了更高的要求, 即更小、更薄、更轻、更可靠、多功能、低功耗和低成本。在二维组装密度已经达到理论最大值的情况下,更高密度的三维立体堆叠封装技术(3D封装)开始发展起来。本文的分析数据来自中国专利数据库(CPRSABS),截至2015年12月31日,3D封装技术领域涉及的中国专利申请共有4316件。


  国内申请人研发热情高涨


  3D封装是在2D-MCM技术基础上发展起来的高级多芯片组件技术,采用三维(x、y、z方向)结构形式对IC芯片进行三维集成的技术。3D封装与常规的晶圆级封装(WLP)、芯片级封装(CSP)等电子封装技术相比,由于取代了单芯片封装,因而封装尺寸和重量显著减小。此外,3D封装还有利于降低噪声,提高电子系统的整体性能及可靠性等。


  进入上世纪90年代,3D封装技术领域开始出现少量专利申请,2003年以后,申请量开始大幅增加,达到每年100余件。近5年,专利申请量更是快速增长,2011年申请量为434件,2012年一跃达到666件,2013年达到711件。2014年和2015年申请量有所下降,但这主要是由于专利公开期限导致的滞后性,并不能反映2014年至2015年的实际申请量。由此可见,3D封装技术备受关注,各国申请人在该领域都具有较高的研发热情,同时,申请量的大幅提高,也说明各国申请人对3D封装技术在我国的市场前景抱有很高的期望。


  分析3D封装领域申请人的分布情况,笔者发现国内申请人的申请量达到2301件,占总申请量的一半以上,国内申请人对此领域非常重视。笔者分析国内申请人的申请趋势发现,2011年申请量为206件,2012年申请量为405件,2013年申请量为529件,占当年申请总量的比例分别为47.4%,60.8%和74.4%,在申请总量中的比例大幅增加。可以说,国内申请人在申请量方面相对国外来华申请人占据了较大优势,对封装技术领域的技术趋势把握准确,在此领域投入了相当大的研发力量。


  笔者研究发现,国内申请人提交的专利申请量虽然占优,但是申请人研发力量分散,企业申请量占近75%,其他为科研院所、个人申请等。我国申请量较为突出的是江苏长电科技股份有限公司,申请量为63件;武汉新芯集成电路制造有限公司的专利申请量为38件。国外来华申请人则以企业为主,占全部国外来华申请人数量的94%以上。国外申请人中,三星公司申请量最多,达到137件,其余申请量较为突出的为海力士、IBM、精工、东芝、松下等,主要申请人集中在韩国和日本。


  国外申请人技术优势明显


  经历40多年的发展后,封装技术已经有了很大变化,类型多达几十种。总体来说,封装技术发展可以分为三代:第一代是在20世纪70至80年代,包括单列直插封装(SIP)、无引线四边扁平封装(PQFN)等;第二代是在20世纪90年代后,主要封装类型有焊球阵列封装(BGA)、阵列引脚封装(PGA)、栅格阵列封装(LGA)等;而3D封装与系统级封装(SiP)、多芯片组件(MCM)技术等都属于第三代封装技术。


  值得注意的是,国内申请人提交的专利申请涉及的技术比较分散,尚未形成规模优势。以申请量最多的江苏长电科技股份有限公司为例,该公司在封装领域的申请量有近千件,但涉及3D封装技术的专利申请量所占比例还较小。而美、日、韩等国,在半导体封装领域具备技术优势,尤其日、韩两国,封装制造业发达,并且一直引领封装技术发展趋势。如日本电气、三星公司和海力士,在三代封装技术上的申请量几乎平分秋色,而申请量非常突出的三星公司和海力士近年来在封装技术领域的申请重点一直都是。


  综上所述,3D封装技术发展迅猛,国内外申请人在该领域都投入了较多的研发力量。国外申请人,尤其是三星公司、海力士等业界巨头,对新兴技术研究深入,技术发展脉络清晰,仍然保持明显的技术优势。国内申请人在3D封装技术研发方面也表现了相当高的热情,近年来申请总量也有明显增加,但是研究的深入程度相对于行业领先者尚有差距。


  笔者建议,我国申请人应加强3D封装技术的研发投入,对于生产企业而言,应积极调整产业结构,将研发重点向新兴技术转移,同时提高专利申请质量。另外,在研发过程中,我国企业还需加强对技术领先者的关注,发挥后发优势,争取在新技术领域缩短差距,努力做大做强,推动我国集成电路产业飞速发展。(作者:刘国梁、李晓明)



       来源:中国知识产权报


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