專利助力擘畫AI芯片先進封裝技術(shù)藍圖

　　隨著技術(shù)更新迭代，我國人工智能（AI）芯片先進封裝產(chǎn)業(yè)鏈已覆蓋了從設計、制造、封裝測試到應用的全鏈條。我國依托低制程光刻工藝與先進封裝技術(shù)的融合，實現(xiàn)從“能用芯片”向“夠用芯片”進而到“好用芯片”的跨越，已成為突破 AI芯片技術(shù)瓶頸、打破國際封鎖的有效策略。

　　筆者通過專利檢索后發(fā)現(xiàn)，在全球 AI芯片先進封裝技術(shù)領域，中國、美國、韓國、日本是主要的技術(shù)創(chuàng)新高地。盡管中國在該領域起步較晚，但近年來年專利申請量已躍居世界首位，創(chuàng)新主體數(shù)量也僅次于美國。在專利全球布局上，中國、美國、日本、韓國企業(yè)均展現(xiàn)出全球戰(zhàn)略眼光，尤其是美國企業(yè)，其海外專利布局尤為廣泛。

　　我國在關鍵共性技術(shù)——硅通孔（TSV）、混合鍵合、架構(gòu)協(xié)同設計等領域仍存在一定的短板。因此，加快關鍵共性技術(shù)突破，確保產(chǎn)業(yè)鏈安全，仍是當前亟待解決的重要任務。筆者從專利角度出發(fā)，對該領域的專利情況進行分析，以期為行業(yè)提供參考。

　　三大關鍵技術(shù)分支分析

　　全球范圍內(nèi)，封裝架構(gòu)的研發(fā)動向各具特色。美國聚焦于2.5D架構(gòu)的研發(fā)；韓國側(cè)重3D架構(gòu)的突破；中國優(yōu)先推進扇出型封裝（FO）架構(gòu)的研發(fā)與應用。我國應重視以 FO架構(gòu)為基礎，融合2.5D和3D架構(gòu)，實現(xiàn)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的 AI芯片協(xié)同封裝架構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展。

　　在 FO架構(gòu)方面，內(nèi)埋式扇出技術(shù)面臨較高的專利壁壘，面板級扇出技術(shù)則引領未來發(fā)展趨勢。筆者認為，國內(nèi)應著重提升面板級扇出的

　　I/O密度。在2.5D架構(gòu)方面，單面架構(gòu)是基礎，同樣面臨較高的專利壁壘。橋接架構(gòu)作為降低成本的關鍵技術(shù)，應積極投入研發(fā)。此外，光電共封裝與玻璃基板作為新興技術(shù)，建議高校與企業(yè)加強合作。在3D架構(gòu)方面，芯片-芯片架構(gòu)是 AI芯片中高端存儲器（HBM）的核心，建議國內(nèi)存儲企業(yè)密切關注該領域的發(fā)展動態(tài)。

　　當前，2.5D與3D中芯片-芯片堆疊的融合已成為國際 AI芯片的主要技術(shù)路線。為規(guī)避技術(shù)壁壘，建議國內(nèi)創(chuàng)新主體積極研發(fā)與布局 FO與3D中芯片-芯片堆疊相融合的技術(shù)路線。

　　我國在 AI芯片先進封裝工藝領域起步較晚，但在布線層（RDL）中展現(xiàn)出巨大潛力。RDL技術(shù)對 FO架構(gòu)的支撐作用相比2.5D和3D架構(gòu)，最為顯著。鑒于國內(nèi)在 TSV、凸點及鍵合技術(shù)方面與國際先進水平存在差距，短期內(nèi)應優(yōu)先發(fā)展 RDL技術(shù)及其所支撐的 FO架構(gòu)，構(gòu)建擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的封裝平臺，以實現(xiàn)“能用芯片”的階段性目標。中期階段，則需依托 RDL等優(yōu)勢工藝與弱勢核心工藝的協(xié)同配合，在自主知識產(chǎn)權(quán)的封裝平臺中尋求弱勢核心工藝的突破，逐步邁向“夠用芯片”的階段。長期而言，則應集中力量攻克關鍵共性工藝難題，以期達成“好用芯片”的宏偉目標。

　　具體而言：在 RDL技術(shù)方面，主攻 FO架構(gòu)下的 RDL配置，輔助布局RDL結(jié)構(gòu)，并致力于突破 RDL制備方法中的線距/間距縮小技術(shù)瓶頸；在凸點技術(shù)方面，重點研發(fā)銅凸點，并聚焦直徑及節(jié)距減小技術(shù)的創(chuàng)新與應用；在鍵合技術(shù)方面，依托“專精特新”企業(yè)，在混合鍵合技術(shù)方面的深厚積累，加速研發(fā)進程；在 TSV技術(shù)方面，聚焦導熱、導電與緩沖復合的“一孔復用”技術(shù)，開展全工藝線研究，突破高深寬比的技術(shù)難題。

　　熱管理是保障 AI芯片穩(wěn)定運行的關鍵要素，我國亟需加速前沿技術(shù)的研發(fā)與布局。當前，英特爾、三星、臺積電在熱界面材料（TIM）與浸沒式液冷等前沿熱管理技術(shù)方面占據(jù)領先地位。主動與被動熱管理技術(shù)的融合，特別是熱沉、TIM與流道的整合，已成為行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。

　　為縮小與國際先進水平的差距，我國亟需重點關注以下幾個技術(shù)方向：流道方面，優(yōu)化流道設計，積極推廣浸沒式液冷技術(shù)，確保流道或液冷與熱源直接接觸；熱沉方面，增大熱沉面積，研發(fā)新型熱沉材料，并提升熱沉與其他熱管理技術(shù)的協(xié)同匹配性；TIM方面，加大聚合物基TIM的研發(fā)力度。

　　加快形成融合發(fā)展網(wǎng)絡

　　當前，我國國內(nèi)重點企業(yè)、專精特新企業(yè)、高校和科研機構(gòu)已成為推動創(chuàng)新的重要力量，但尚未構(gòu)建起技術(shù)融合發(fā)展網(wǎng)絡，特別是在2.5D/3D架構(gòu)、TSV、鍵合等關鍵共性技術(shù)領域，研發(fā)缺乏有效的協(xié)同機制。同時，海外市場專利布局有限，技術(shù)的商業(yè)化與產(chǎn)業(yè)化進程受到一定制約。

　　在筆者看來，政府與行業(yè)機構(gòu)應加強統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，促進核心創(chuàng)新主體間的緊密合作，協(xié)同推進關鍵共性技術(shù)的攻關與前沿引領技術(shù)的研發(fā)。在關鍵共性技術(shù)領域，應重點解決 TSV深寬比、熱/電可靠性及混合鍵合等技術(shù)難題。具體而言：高校科研機構(gòu)深化對 TSV與混合鍵合在原理、材料、工藝特性等方面的基礎研究；重點企業(yè)引領關鍵共性技術(shù)在良率提升等方面的產(chǎn)業(yè)化應用，推動產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同發(fā)展；專精特新企業(yè)加速理論技術(shù)向產(chǎn)業(yè)實踐的轉(zhuǎn)化。在光電共封、玻璃通孔（TGV）等前沿技術(shù)領域，建議高校和科研院所與重點企業(yè)深化合作，增強原始創(chuàng)新能力，并加大海外專利布局力度，為技術(shù)自主創(chuàng)新的國際化進程奠定堅實基礎。

　　為確保在高端 AI芯片供應受限的情況下，國產(chǎn)芯片能夠或基本實現(xiàn)同等功能替代，“無 TSV堆疊”等非傳統(tǒng)技術(shù)路線成為關鍵。應充分利用高校及科研機構(gòu)的技術(shù)資源，深化對鍵合界面粗糙度、RDL線寬/間距縮小等基礎技術(shù)的研究，為非傳統(tǒng)技術(shù)路線性能和良率突破提供堅實支撐。鼓勵重點企業(yè)承擔攻克多層RDL等前沿技術(shù)的任務，補齊 RDL超小線間距等專利短板，進一步鞏固RDL與2.5D/3D架構(gòu)的融合優(yōu)勢。同時，前瞻性地儲備超多層 RDL等前沿技術(shù)，為非傳統(tǒng)技術(shù)路線的產(chǎn)業(yè)化與專利競爭打下堅實基礎。

　　激活優(yōu)勢資源，強化技術(shù)融合與專利布局聯(lián)動，激發(fā)專精特新企業(yè)專利潛能。依照“核心工藝筑基→特色架構(gòu)設計→工藝與熱管理協(xié)同優(yōu)化→先進封裝平臺構(gòu)建”的國際經(jīng)驗，加強技術(shù)研發(fā)與專利布局，打造具有國際競爭力的全球領先封裝技術(shù)平臺，構(gòu)建以自主知識產(chǎn)權(quán)為核心的技術(shù)與專利競爭體系。同時，深化國內(nèi)重點企業(yè)與專精特新企業(yè)的合作至關重要。筆者建議，通過深入剖析國際巨頭專利布局的薄弱環(huán)節(jié)，充分激發(fā)專精特新企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢，采取資源共享、聯(lián)合研發(fā)、技術(shù)交流等多種合作模式，實施精準策略，開展有針對性的專利布局，共同構(gòu)建專利反制防線。

　　強化國內(nèi)產(chǎn)業(yè)內(nèi)循環(huán)，整合前后道工序企業(yè)優(yōu)勢，深化協(xié)同合作。TSV技術(shù)在2.5D/3D封裝中作為垂直互連的核心組件，需與前道工藝實現(xiàn)緊密銜接，因此國內(nèi)后道工藝封裝企業(yè)加強與掌握 TSV技術(shù)的前道工藝晶圓制造及設備供應商的合作，成為攻克 TSV技術(shù)難關的關鍵舉措。建議國內(nèi)前道設備廠商、晶圓制造企業(yè)及后道封裝企業(yè)充分發(fā)揮各自在技術(shù)領域的專長與優(yōu)勢，進一步深化合作，強化聯(lián)動機制，共同優(yōu)化并強化國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)循環(huán)，推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

　　加速“產(chǎn)學研”深度融合，促進專利轉(zhuǎn)化運用。企業(yè)應以技術(shù)需求為導向，運用專利分析等手段，精準對接高校與科研機構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢，促進專利技術(shù)轉(zhuǎn)化，例如，芯盟科技和浙江清華長三角研究院在鍵合技術(shù)方面開展合作。此外，還應建立健全人才流動機制，鼓勵科研人員到企業(yè)兼任技術(shù)職務，加速科技成果與專利的產(chǎn)業(yè)化進程。

　　筑專利聯(lián)盟，防范國際聯(lián)盟與標準背后專利風險。一方面，應加快自身發(fā)展步伐，加大專利布局力度，靈活運用專利收儲和許可等手段，提升知識產(chǎn)權(quán)儲備水平；另一方面，應加大政策扶持力度，引導重要創(chuàng)新主體形成緊密的合作關系，構(gòu)建專利聯(lián)盟，聯(lián)合國內(nèi)各方力量應對國際專利挑戰(zhàn)。例如，統(tǒng)籌中國科學院、中電五十八所、清華大學等科研機構(gòu)與高校在前沿引領技術(shù)方面的優(yōu)勢，以及通富微電、長電等制造類企業(yè)在關鍵共性技術(shù)方面的優(yōu)勢，以聯(lián)合共贏、共同發(fā)展的思路，整合高價值專利創(chuàng)造資源，從應用層面布局高價值專利。（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項目人工智能芯片先進封裝課題組）

　　轉(zhuǎn)自：中國知識產(chǎn)權(quán)報

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