由于美国对中国芯片业实施了出口限制,中国必须从生产芯片的光刻机开始进行自主研发和生产。今年年初,中国光刻机方面传来好消息,上海微电子(SMEE)宣布,其自主研发的首台2.5D/3D先进封装光刻机正式交付。
虽然都是“光刻机”,但这台设备并不是荷兰阿斯麦公司生产的光刻机的同类产品。根据芯片制造工艺流程,所需要的光刻机分为前道光刻机、后道光刻机和面板光刻机三类。
其中前道光刻机,也就是类似阿斯麦公司生产的类型,直接用于生产晶圆,而后道光刻机主要用于芯片生产出来之后的封装。上海微电子这台光刻机就属于后道光刻机。
虽然是后道封装光刻机,但这也是中国光刻机行业的一次突破,因为它在同类设备中处于最高水平。先进封装光刻机用在5G通讯、人工智能、物联网等领域的芯片上,可显著提升其性能。
曾经比尔·盖茨在接受采访时直言,美国无法“阻止中国拥有强大的芯片。”中国也的确如他所说的,在美日荷联手断供之后,快速进行国产芯片的替代,这次的先进封装光刻机,更是让他们始料未及。
上海微电子的不断追赶
中国首台先进封装光刻机来自上海微电子,这是一家成立于1988年的半导体设备制造企业。目前,上海微电子可以生产ArF、KrF等前道光刻机,也可以生产封装光刻机。其ArF光刻机最佳的工艺可以达到90纳米,三次曝光最小可以达到22纳米制程。而封装光刻机则是他们的“拳头产品”,在全球都处于领先水平。
而这次的订单同样来自中国大陆企业,苏州同兴达公司。他们一次性订购了两台,总共花费3600万元,这个价格远低于阿斯麦DUV光刻机。这次的封装光刻机交付后,经过调试和测试,预计明年能够达到每月2万芯片的产量。
封装光刻机虽然不是直接制造晶圆的设备,但是它可以通过封装,把芯片集成到一起,减少其总制程的同时增强其性能,同时控制芯片的良品率和成本。这一技术目前仅有少数几个国家和地区掌握。
上海微电子目前在封装光刻机上已经占据了全球40%以上的份额,在国内则有80%以上的份额。而单独计算芯片封装业务的话,中国大陆则有四家企业进入全球十大封装厂商排行,合计占比超过24%,这也表明了我国在芯片封装领域的实力。尤其是在无法购买EUV光刻机的情况下,通过后道封装来提升芯片性能就显得更为重要。
此外,上海微电子的ArF光刻机也进入了中国企业,燕东微电子,用以生产65纳米制程芯片,而且上海微电子在这个类型的光刻机上技术水平已经超过了日本佳能。燕东微电子方面表示一切顺利,有望于这个月开始生产12寸晶圆。
与此同时,上海微电子还在不断追求在28纳米光刻机上的量产。目前中国的企业和科研机构已经在光源、光刻胶、光源等部件上都实现了突破,上海微电子的28纳米光刻机已经在进行测试中。去年荷兰阿斯麦听说上海微电子的28纳米光刻机取得了突破,就选择给自己同样制程的光刻机进行降价销售,试图用这种方式占领市场份额。因此,国内企业的订单对上海微电子来说同样非常重要。未来,中国需要的是完整的芯片生产链,需要上下游的企业共同努力。
现在美国限制中国进口高端光刻机,虽然短时间内不利于芯片业的发展,但确实也让中国企业不得不研发并且使用国产设备。如果中国企业因为阿斯麦光刻机降价就被其占领市场,那中国自己的光刻机又怎能崛起?一旦市场上没有了中国企业的设备,那我们到时候又何来议价权?
芯片封装业的未来
去年,英特尔开始在意大利投资45亿欧元建设芯片封装工厂,韩国企业SK海力士去年也宣布准备在美国新建芯片封装工厂。而今年3月底,拜登则签署了一项决议,准备出资5000万美元(约3.4亿人民币),补贴美国的印刷线路板(PCB)和先进芯片封装行业。可见,先进芯片封装技术正在越来越受到各国的重视。
当芯片的制程来到10纳米以后,研发难度和成本大大上涨,研发周期延长。即便突破了5纳米和3纳米等工艺,生产出的芯片在性价比上未必具有优势。因此,芯片行业不再需要一股脑地去突破先进制程,而是可以通过先进封装技术来突破瓶颈。
总结
近日,上海微电子的中国首台先进封装光刻机正式交付使用,让美日荷始料未及,也显示了中国在芯片封装技术上的实力。各国都在加强对先进芯片封装技术的投入,这次上海微电子的突破对中国芯片业可以说意义重大。盖茨曾经直言,美国围堵中国芯片,拦不住中国拥有先进芯片。事实也正如他所说,中国芯片业正在从各个层面突破技术难关,加速追赶。