專利助力擘畫AI芯片先進(jìn)封裝技術(shù)藍(lán)圖

　　隨著技術(shù)更新迭代，我國人工智能（AI）芯片先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)鏈已覆蓋了從設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試到應(yīng)用的全鏈條。我國依托低制程光刻工藝與先進(jìn)封裝技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)從“能用芯片”向“夠用芯片”進(jìn)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(jìn)封裝技術(shù)領(lǐng)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(lǐng)域起步較晚，但近年來年專利申請(qǐng)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(guān)鍵共性技術(shù)——硅通孔（TSV）、混合鍵合、架構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)等領(lǐng)域仍存在一定的短板。因此，加快關(guān)鍵共性技術(shù)突破，確保產(chǎn)業(yè)鏈安全，仍是當(dāng)前亟待解決的重要任務(wù)。筆者從專利角度出發(fā)，對(duì)該領(lǐng)域的專利情況進(jìn)行分析，以期為行業(yè)提供參考。

　　三大關(guān)鍵技術(shù)分支分析

　　全球范圍內(nèi)，封裝架構(gòu)的研發(fā)動(dòng)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(jìn)扇出型封裝（FO）架構(gòu)的研發(fā)與應(yīng)用。我國應(yīng)重視以 FO架構(gòu)為基礎(chǔ)，融合2.5D和3D架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)擁有自主知識(shí)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(jí)扇出技術(shù)則引領(lǐng)未來發(fā)展趨勢(shì)。筆者認(rèn)為，國內(nèi)應(yīng)著重提升面板級(jí)扇出的

　　I/O密度。在2.5D架構(gòu)方面，單面架構(gòu)是基礎(chǔ)，同樣面臨較高的專利壁壘。橋接架構(gòu)作為降低成本的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)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(qiáng)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(chǔ)器（HBM）的核心，建議國內(nèi)存儲(chǔ)企業(yè)密切關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

　　當(dāng)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(jìn)封裝工藝領(lǐng)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(duì) 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(diǎn)及鍵合技術(shù)方面與國際先進(jìn)水平存在差距，短期內(nèi)應(yīng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的封裝平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)“能用芯片”的階段性目標(biāo)。中期階段，則需依托 RDL等優(yōu)勢(shì)工藝與弱勢(shì)核心工藝的協(xié)同配合，在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的封裝平臺(tái)中尋求弱勢(shì)核心工藝的突破，逐步邁向“夠用芯片”的階段。長期而言，則應(yīng)集中力量攻克關(guān)鍵共性工藝難題，以期達(dá)成“好用芯片”的宏偉目標(biāo)。

　　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(diǎn)技術(shù)方面，重點(diǎn)研發(fā)銅凸點(diǎn)，并聚焦直徑及節(jié)距減小技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)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(jìn)程；在 TSV技術(shù)方面，聚焦導(dǎo)熱、導(dǎo)電與緩沖復(fù)合的“一孔復(fù)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(yùn)行的關(guān)鍵要素，我國亟需加速前沿技術(shù)的研發(fā)與布局。當(dāng)前，英特爾、三星、臺(tái)積電在熱界面材料（TIM）與浸沒式液冷等前沿?zé)峁芾砑夹g(shù)方面占據(jù)領(lǐng)先地位。主動(dòng)與被動(dòng)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(shì)。

　　為縮小與國際先進(jìn)水平的差距，我國亟需重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)技術(shù)方向：流道方面，優(yōu)化流道設(shè)計(jì)，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(luò)

　　當(dāng)前，我國國內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)、專精特新企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)已成為推動(dòng)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(luò)，特別是在2.5D/3D架構(gòu)、TSV、鍵合等關(guān)鍵共性技術(shù)領(lǐng)域，研發(fā)缺乏有效的協(xié)同機(jī)制。同時(shí)，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(jìn)程受到一定制約。

　　在筆者看來，政府與行業(yè)機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，促進(jìn)核心創(chuàng)新主體間的緊密合作，協(xié)同推進(jìn)關(guān)鍵共性技術(shù)的攻關(guān)與前沿引領(lǐng)技術(shù)的研發(fā)。在關(guān)鍵共性技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)重點(diǎn)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?？蒲袡C(jī)構(gòu)深化對(duì) TSV與混合鍵合在原理、材料、工藝特性等方面的基礎(chǔ)研究；重點(diǎn)企業(yè)引領(lǐng)關(guān)鍵共性技術(shù)在良率提升等方面的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)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(shí)踐的轉(zhuǎn)化。在光電共封、玻璃通孔（TGV）等前沿技術(shù)領(lǐng)域，建議高校和科研院所與重點(diǎn)企業(yè)深化合作，增強(qiáng)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(jìn)程奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　為確保在高端 AI芯片供應(yīng)受限的情況下，國產(chǎn)芯片能夠或基本實(shí)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(guān)鍵。應(yīng)充分利用高校及科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)資源，深化對(duì)鍵合界面粗糙度、RDL線寬/間距縮小等基礎(chǔ)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(jiān)實(shí)支撐。鼓勵(lì)重點(diǎn)企業(yè)承擔(dān)攻克多層RDL等前沿技術(shù)的任務(wù)，補(bǔ)齊 RDL超小線間距等專利短板，進(jìn)一步鞏固RDL與2.5D/3D架構(gòu)的融合優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，前瞻性地儲(chǔ)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　激活優(yōu)勢(shì)資源，強(qiáng)化技術(shù)融合與專利布局聯(lián)動(dòng)，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(shè)計(jì)→工藝與熱管理協(xié)同優(yōu)化→先進(jìn)封裝平臺(tái)構(gòu)建”的國際經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與專利布局，打造具有國際競爭力的全球領(lǐng)先封裝技術(shù)平臺(tái)，構(gòu)建以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)為核心的技術(shù)與專利競爭體系。同時(shí)，深化國內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)與專精特新企業(yè)的合作至關(guān)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(shì)，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(shí)施精準(zhǔn)策略，開展有針對(duì)性的專利布局，共同構(gòu)建專利反制防線。

　　強(qiáng)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(shì)，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(shí)現(xiàn)緊密銜接，因此國內(nèi)后道工藝封裝企業(yè)加強(qiáng)與掌握 TSV技術(shù)的前道工藝晶圓制造及設(shè)備供應(yīng)商的合作，成為攻克 TSV技術(shù)難關(guān)的關(guān)鍵舉措。建議國內(nèi)前道設(shè)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(lǐng)域的專長與優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步深化合作，強(qiáng)化聯(lián)動(dòng)機(jī)制，共同優(yōu)化并強(qiáng)化國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)循環(huán)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

　　加速“產(chǎn)學(xué)研”深度融合，促進(jìn)專利轉(zhuǎn)化運(yùn)用。企業(yè)應(yīng)以技術(shù)需求為導(dǎo)向，運(yùn)用專利分析等手段，精準(zhǔn)對(duì)接高校與科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)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(yīng)建立健全人才流動(dòng)機(jī)制，鼓勵(lì)科研人員到企業(yè)兼任技術(shù)職務(wù)，加速科技成果與專利的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　筑專利聯(lián)盟，防范國際聯(lián)盟與標(biāo)準(zhǔn)背后專利風(fēng)險(xiǎn)。一方面，應(yīng)加快自身發(fā)展步伐，加大專利布局力度，靈活運(yùn)用專利收儲(chǔ)和許可等手段，提升知識(shí)產(chǎn)權(quán)儲(chǔ)備水平；另一方面，應(yīng)加大政策扶持力度，引導(dǎo)重要?jiǎng)?chuàng)新主體形成緊密的合作關(guān)系，構(gòu)建專利聯(lián)盟，聯(lián)合國內(nèi)各方力量應(yīng)對(duì)國際專利挑戰(zhàn)。例如，統(tǒng)籌中國科學(xué)院、中電五十八所、清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)與高校在前沿引領(lǐng)技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，以及通富微電、長電等制造類企業(yè)在關(guān)鍵共性技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，以聯(lián)合共贏、共同發(fā)展的思路，整合高價(jià)值專利創(chuàng)造資源，從應(yīng)用層面布局高價(jià)值專利。（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項(xiàng)目人工智能芯片先進(jìn)封裝課題組）

　　轉(zhuǎn)自：中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)

　　【版權(quán)及免責(zé)聲明】凡本網(wǎng)所屬版權(quán)作品，轉(zhuǎn)載時(shí)須獲得授權(quán)并注明來源“中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)”，違者本網(wǎng)將保留追究其相關(guān)法律責(zé)任的權(quán)力。凡轉(zhuǎn)載文章及企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本網(wǎng)觀點(diǎn)和立場。版權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系：010-65363056。

延伸閱讀