$SkyWater Technology(SKYT)$ 美国重夺半导体供应链主导权的关键技术路径-芯粒异构集成封装
大老美开始发力单片3D异质集成AI芯片了，咱们还在躺平等赢学……
在全球半导体产业竞争白热化的当下，“摩尔定律放缓”“供应链安全”“先进封装技术突破”成为高频关键词。近日，SkyWater Technology首席技术官Charles G. Woychik博士发布的《芯片异构集成封装的未来技术趋势》报告，系统揭示了芯粒异构集成封装（CHIP）如何成为美国重塑半导体制造优势的核心抓手，以及其技术演进与生态构建的关键方向。
一、背景：美国半导体制造的“空心化”危机
过去三十年，美国在全球半导体制造产能中的占比从1990年的37%暴跌至当前的12%，先进制程（如CMOS器件制造）与高端封装能力大量向亚洲集中。新冠疫情更暴露了供应链的脆弱性——从汽车到国防，从云计算到量子计算，各行业对稳定、安全的微电子供应依赖度激增，而美国在封装领域的贡献仅2-3%，且全球主要外包封测厂（OSAT）无本土制造布局。
这一背景下，《芯片与科学法案》（CHIPS Act）的出台被视为转折点：超500亿美元资金中，20亿美元用于国家半导体技术中心（NSTC），25亿美元投入国家先进封装制造计划（NAPMP），未来四年还将追加60亿美元。目标明确：通过发展先进封装与异构集成（AP&HI）技术，补上美国半导体产业链的关键短板。
二、芯粒异构集成：后摩尔时代的技术突围
当传统SoC（系统级芯片）因成本飙升（如5nm制程研发成本达5.42亿美元）、良率低下难以为继时，“摩尔定律已死，芯粒长存”成为行业共识。芯粒（Chiplet）通过将不同功能模块（如CPU、GPU、存储、射频）拆分为独立小芯片，再以异构集成方式封装，正成为突破性能与成本瓶颈的核心路径。
其优势显著：灵活性（可按需组合不同工艺节点的芯粒）、性能优化（缩短互连长度降低延迟）、低功耗（减少冗余电路）、快速上市（模块化设计缩短开发周期）。例如，SkyWater指出，共享封装模式可支持多产品快速迭代，同时通过热优化提升高算力芯片的可靠性。
但挑战同样存在：需构建包含“已知良品芯粒（KGD）”筛选、标准统一、软件工具链完善、供应链协同的系统生态，且良率损失的责任划分需明确。
三、美国AP&HI技术的前沿布局与实践
作为美国本土纯代工先进封装技术的领跑者，SkyWater在硅中介层、扇出型封装（FOWLP）、混合键合三大领域的技术突破，勾勒出美国AP&HI的发展蓝图。
1. 硅中介层：2.5D集成的基石
硅中介层通过硅通孔（TSV）实现芯粒间高密度互连，是2.5D封装的核心。SkyWater基于IMEC技术授权开发的硅中介层已进入第二阶段，支持10μm×100μm TSV（深宽比10:1）、4层顶部金属布线及背面RDL（再分布层），未来将扩展至更多布线层并推出射频版本。其路线图显示，2023年第三季度将完成第四阶段认证，未来或支持TSV后插入已设计好“保留区”的CMOS器件，进一步提升兼容性。
2. 扇出型封装（FOWLP）：无尺寸限制的异构平台
SkyWater是美国唯一获得Deca M-Series FOWLP技术授权的企业。该技术采用“芯片优先”方案，通过模塑料完全包裹有源区，支持IO扩展与异质器件集成。其Gen 2技术（2023年落地）目标实现20μm芯粒焊盘间距、2μm线宽/间距，支持5层以上RDL及2.5D嵌入式中介层、3D结构，彻底打破掩模版限制，为超高密度芯粒集成提供可能。
3. 混合键合：3D集成的“终极互联”
2022年5月，SkyWater获得Adeia的ZiBond®（无电互连混合键合）与DBI®（带互连混合键合）技术授权，结合XBS200键合平台（全球首款无夹具自动化设备），可在室温下完成晶圆键合，消除热膨胀失配导致的错位，支持极小间距的高密度互连。其路线图显示，2023年第一季度完成技术转移，未来将拓展至300mm晶圆键合及芯粒-晶圆混合键合，进一步释放3D集成潜力。
四、生态构建：从技术到产业的“最后一公里”
尽管技术突破显著，美国AP&HI生态的成熟仍需跨越多重障碍：后端工艺（减薄、切割、临时键合）、组装（2.5/3D架构支持）、测试（晶圆级KGD筛选与模块级测试中测）等环节的产能需扩张；敏感应用（如国防、航天）需单一供应商整合全流程能力；政府与企业需对齐需求预测与资金支持，避免“碎片化”投入。
对此，报告提出关键建议：建立公私联盟（如NSTC、NAPMP）推动研发与中试；联合高校培养人才；制定基线指标评估进展；持续投资以完善生态。正如SkyWater强调：“CHIPS法案是起点，而非终点。”
结语：芯粒封装，不止于技术
芯粒异构集成封装不仅是后摩尔时代的“性能救星”，更是美国重构半导体供应链安全、维持技术优势的战略支点。从硅中介层的精密制造到混合键合的室温革命，从FOWLP的无界扩展到生态协同的艰难探索，美国正以“技术+政策+资本”的组合拳，试图在先进封装领域重夺话语权。这场竞赛的胜负，或将决定未来十年全球科技产业的格局
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