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中国首台 3D 封装光刻机正式交付,这意味着什么?封装光刻机和芯片光刻机有什么区别?

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中国首台 3D 封装光刻机正式交付,打开新篇章

近期,中国首台 3D 封装光刻机的成功交付,无疑是我国在集成电路领域取得的又一重大突破。这一消息的意义非凡,它不仅标志着我国在高端芯片制造设备自主化道路上迈出了坚实的一步,更预示着未来芯片封装技术将进入一个全新的时代。

3D 封装光刻机的交付,意味着什么?

首先,我们必须认识到,半导体产业是一个高度依赖先进制造设备的产业,而光刻机则是其中最核心、最关键的设备之一。长期以来,高端光刻机市场一直被少数几个西方国家垄断,尤其是用于芯片制造的前道光刻机。而此次交付的 3D 封装光刻机,虽然在工艺节点上与前道芯片光刻机有所区别,但它同样是制约芯片性能、成本和形态的关键技术。

1. 打破关键技术瓶颈,提升自主可控能力: 3D 封装是实现芯片性能提升、成本降低以及功耗优化的重要途径。随着芯片功能的日益复杂,传统的二维平面封装已难以满足需求,异构集成、 Chiplet(芯粒)等 3D 封装技术逐渐成为主流。而 3D 封装光刻机正是实现这些先进封装技术的核心设备。它的成功交付,意味着我国在这一关键领域摆脱了对外部的依赖,大大增强了我国集成电路产业链的自主可控能力。这对于保障国家战略安全,以及在国际竞争中保持优势地位,都具有极其重要的战略意义。

2. 推动先进封装技术发展,释放芯片潜能: 3D 封装能够将多个独立的芯片(Chiplet)通过垂直堆叠或水平互联的方式集成在一起,形成一个高性能的整体。这种集成方式可以显著缩短芯片间的信号传输路径,提高数据传输速度,降低功耗。而 3D 封装光刻机正是实现高精度、高密度三维结构的关键。有了它,我们可以更精细地控制封装层的对准、连接以及图案的形成,从而实现更先进的封装技术,例如:
2.5D 封装: 将多个 Chiplet 放置在硅中介层(Interposer)上,再通过中介层连接到基板。
3D 封装: 直接将多个 Chiplet 垂直堆叠,通过 TSV(硅通孔)进行连接。
扇出型晶圆级封装 (FOWLP) 和扇入型晶圆级封装 (InFO): 在晶圆级别进行封装,实现更小的封装尺寸和更高的集成度。

这些先进封装技术的应用,能够让单个芯片的性能得到充分发挥,甚至超越了单芯片设计的物理极限,为人工智能、高性能计算、5G 通信等领域带来更强大的算力支持。

3. 降低成本,提升竞争力: 传统的高端封装技术往往需要昂贵的设备和复杂的工艺流程,导致成本高昂。3D 封装技术通过优化设计和制造流程,有望在提升性能的同时降低整体封装成本。而本土化生产的 3D 封装光刻机,不仅可以降低采购成本,还能在维护、升级和工艺开发上提供更便捷、更快速的服务,进一步提升我国集成电路产业的整体竞争力。

4. 促进生态发展,培养人才: 3D 封装光刻机的交付,也标志着我国在相关配套设备、材料以及工艺方面的研发和生产能力得到了提升。这有助于吸引更多企业加入到先进封装的生态圈中,共同推动技术创新和产业发展。同时,也为培养和储备大量掌握先进封装技术的专业人才提供了平台。

封装光刻机和芯片光刻机有什么区别?

虽然都叫做“光刻机”,并且都利用光线在晶圆(或封装基板)上“绘制”出微小的图案,但封装光刻机和芯片光刻机在目标、精度、工艺和应用场景上存在显著的差异。

1. 目标和工艺阶段:

芯片光刻机(前道光刻机): 其主要目标是在晶圆上,通过光刻技术在硅片上一层一层地制造出芯片内部的电路结构。这包括晶体管、导线、电容等构成复杂集成电路的核心组件。芯片光刻机进行的是前道工序,直接决定了芯片的制程节点(如 7nm、5nm、3nm 等),是集成电路制造中最关键、最复杂、也最昂贵的环节。
封装光刻机(后道光刻机): 其主要目标是在已经制造完成的芯片(晶圆或单颗芯片)的封装阶段,在封装基板、中介层或芯片表面,形成用于互联、功能增强或其他封装用途的微细结构。这些结构可能包括:
用于 Chiplet 间互联的微凸点 (Microbumps) 和再布线层 (RDL): 在 Chiplet 表面形成用于连接的精细线路。
硅中介层上的连接线路: 在硅中介层上绘制复杂的导线,用于连接不同的 Chiplet。
扇出封装中的临时结构: 在扇出封装中,需要对芯片进行重分布,形成扇出层。
某些先进封装的封装层: 例如,在封装层上形成细密的电气连接。

封装光刻机进行的是后道工序,它是在芯片的功能已经完全实现之后进行的。

2. 精度和分辨率:

芯片光刻机: 为了实现越来越高的集成度和性能,芯片光刻机需要具备极高的分辨率,能够刻画出纳米级别的电路特征。例如,最先进的 EUV(极紫外光)光刻机能够实现几纳米的分辨率,而 DUV(深紫外光)光刻机也在不断向更小的节点推进。其对图形的精度、套刻精度要求极高,直接决定了芯片的最小特征尺寸。
封装光刻机: 封装光刻机虽然也要求高精度,但其精度要求通常低于最先进的芯片光刻机。这是因为封装的目的是将已经制造好的功能芯片连接起来,其特征尺寸通常比芯片内部的晶体管要大一些。例如,封装光刻机可能需要实现几十微米到几微米级别的特征尺寸。当然,随着 Chiplet 和高密度互联技术的发展,封装光刻机的精度也在不断提高。

3. 设备类型和技术:

芯片光刻机: 主要有扫描式光刻机(如 ASML 的 Twinscan 系列)和步进式光刻机。技术上,从早期的 iline、KrF、ArF 液浸式,发展到现在的 EUV(极紫外光)。EUV 技术是目前最尖端的芯片光刻技术,对光学系统、光源、掩模版等都有极其苛刻的要求,也是目前最难攻克的瓶颈。
封装光刻机: 类型更多样,可以使用投影式光刻机、接触式光刻机、步进曝光机等。技术上也更多样,可以根据不同的封装需求选择不同的光源(如可见光、紫外光、深紫外光)和技术。一些封装光刻机可能采用更加灵活的投影系统,甚至激光直写技术,以适应不同形状和尺寸的封装基板。

4. 应用范围和成本:

芯片光刻机: 是几乎所有先进集成电路制造的必备设备,成本极其高昂,例如一台 EUV 光刻机的价格高达数亿美元。
封装光刻机: 应用于各种先进的封装技术,虽然也比较昂贵,但相比于最先进的芯片光刻机,其成本通常会低一些。但随着 3D 封装技术的普及和对精度的要求提高,封装光刻机的成本也在不断攀升。

总结来说:

| 特征 | 芯片光刻机(前道) | 封装光刻机(后道) |
| : | : | : |
| 目标 | 在硅片上制造芯片内部电路(晶体管、导线等) | 在封装基板、中介层或芯片表面形成封装用互联结构 |
| 工艺阶段 | 前道制造 | 后道封装 |
| 精度要求 | 极高,纳米级别(决定制程节点) | 较高,微米级别(决定互联密度和尺寸) |
| 关键技术 | EUV、DUV 液浸技术、高精度光学系统 | 投影曝光、接触式曝光、激光直写、不同光源技术 |
| 应用 | 几乎所有集成电路的制造 | 先进封装技术(2.5D、3D、扇出封装、Chiplet 互联等) |
| 成本 | 极高,尤其是 EUV | 较高,但通常低于最先进的芯片光刻机 |
| 对产业影响 | 决定芯片的制程节点、性能和制造成本 | 决定芯片的集成度、性能提升、功耗优化和封装成本 |

中国首台 3D 封装光刻机的交付,标志着我们在后道封装领域也取得了核心设备的突破,这将极大地促进我国在高端集成电路封装技术的进步,并为未来实现更强大、更先进的芯片产品打下坚实的基础。这不仅是技术上的胜利,更是国家战略层面的重要一步。

网友意见

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后道机之前就沸腾过好几次了,不过放在后道机里面确实算先进。只不过我们通常说的光刻机是前道,不是这种。之前是ssb520,不知道这个是啥型号,可能也是同款。

评价就是反正有了也挺好,技术上能积累多少不清楚但还是有帮助的。

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