前两天，一个粉丝让我讲讲中国企业突破4nm芯片封装技术的话题。刚巧，我也看到某个国内自媒体拿台积电来说事，说这项技术会让台积电哭晕。还说可以绕过高端光刻机了。真是这样吗？我来给大家解惑一下。我是东城观星，喜欢讲大科技背后的科学知识。

早期的芯片封装确实比较简单，只是把芯片给包装起来，并给芯片提供一个对外的接口。大家看过电路板的话，那些有两排插脚像短蜈蚣一样的元器件，就是使用早期的封装技术。但是随着芯片性能的不断提高，早期的封装技术就远远无法符合要求了。后来有了方形芯片四面都是插脚的封装方式，再后来又发展出了焊球阵列封装。从外观上看只是接口形式的变化，但是从内部看却越来越复杂。

芯片封装从单芯片封装过渡到多芯片封装再到系统级封装。单芯片封装方面，从注重接头效率，到注重封装效果，比如芯片尺寸封装，像手机这样的设备要求封装以后的芯片越小越好，也就是芯片封装外壳越小越好，哪怕封装后的芯片比别人大一点或者厚一点，都有可能成为被客户放弃的理由。当初台积电从三星手里面抢夺苹果订单，就是依靠理念更先进的封装技术。

二、多芯片封装和异构封装

多芯片封装方面，从水平排列封装，到三维叠加封装，再到多维异构封装。所谓的多维封装，就是相对于二维封装来说的。二维封装是让多个芯片并列摆放，芯片越多，封装出来的产品越大，在电路板上非常占用空间。为了减少尺寸就会用到多维封装，就是把芯片摞起来，不增加面积，只增加厚度。大家千万不要以为立体封装就是把几个芯片摞在一起就可以了。摞在一起的芯片怎样散热，线路怎样连接，如何减少厚度，相互之间怎样减少干扰，都是需要考虑的问题。

其实，三维叠加封装主要应用在结构比较简单的存储芯片领域，更复杂的芯片需要更复杂的封装方式，也就是多维异构封装。

所谓的异构封装，就是把不同生产工艺甚至不同材料的芯片封装在一起的技术，主要应用于系统级芯片的封装。所谓系统级芯片，我们拿手机芯片来举例，手机芯片已经不再是传统意义上的CPU，而是把CPU、GPU、AI芯片、内存、甚至通信芯片、电源控制芯片等整合到一起的系统级芯片。这些芯片本身并不是一起生产出来的，生产工艺不一样，甚至生产材料都不一样，能不能有机整合到一起，就看封装的水平了。

有的朋友可能会问了，台积电那么厉害，为啥不直接把这些芯片整合生产出来，非要切成一片一片再封装呢？首先，芯片越复杂，生产流程越复杂，生产成本越高。同样的芯片放到一个晶圆上生产，不同的核心放到不同的批次上生产，效率更高，成本更低。其次，芯片生产特别强调良率，也就是合格率。所有的芯片代工厂都无法做到良率百分百，而且芯片越大越复杂，良率越低。显然把多核芯片拆开来生产，要比整合到一起生产更划算。既然拆开来生产，就必须要再整合在一起，封装的重要性就体现出来了。

多说一句，有些功率芯片，使用三代半导体技术，用砷化镓、氮化镓或碳化硅来生产，并不能跟硅基芯片一起生产，就算是整合的时候，也不是简单摞起来就行了，必须要考虑材料的兼容性，还要综合考虑导热散热问题和线路连接问题，这对封装技术提出了比较高的要求。

讲了这么多，大家也应该明白了，所谓的多维异构封装，并不是中国公司独创的，而是业内的通用做法。大家千万不要以为台积电不会封装，台积电能提供从芯片设计到芯片封装测试的全部服务，只不过最拿手的还是芯片生产环节，因为那是目前为止最不可替代的环节。台湾的芯片产业，就是从封装开始的，后来才逐渐涉足芯片制造。台湾省在芯片封装行业基础雄厚，技术领先，并非大陆公司可以轻易超越的。

至于说，多维异构封装技术能替代芯片工艺的不断提升，成为芯片生产行业下一步的发展方向，这一点是有一定道理的。随着芯片制程工艺的不断提高，芯片中的晶体管越做越小，生产难度越来越大，量子隧穿效应带来的功耗增加越来越明显，提高工艺制程带来的收益，将会小于改进封装工艺带来的收益。所以，近几年芯片封装领域的产值增加速度非常快，平均超过了10%。

虽然封装工艺的前景无限，但是仅靠封装工艺是摆脱不了卡脖子限制的。简单点说就是，只会包装，不会生产，包装得再好，买不到合适的芯片来包装也是英雄无用武之地的。中国企业实现4nm芯片封装工艺，被某些人报道得好像突破了4nm芯片生产工艺一样，又好像这个企业封装的芯片不是台积电或三星生产的一样。大家看到，笑笑也就好了。

三、先进封装工艺可以摆脱对先进光刻机的需求吗？

很多人可能认为最先进的极紫外光刻机只适用于7nm以下制程工艺，14nm、28nm完全是深紫外光刻机的天下，用不到那么先进的光刻机。这个理解是错误的。深紫外光刻机生产14nm、28nm是没有问题，但是随着极紫外光刻机的普及，深紫外光刻机就算是在28nm成熟工艺上的优势也将越来越少。长波长的深紫外光刻机能应用于28nm及以下制程的关键，就是通过多次曝光的方式。打个比方，极紫外光刻机一次曝光就能画出来的图形，深紫外光刻机可能需要三次曝光甚至更多次，才能画出来。

而且，就算画出来，也比极紫外光刻机画出来的图形粗糙多了，相应地，产品的良率远远低于极紫外光刻机生产出来的产品。当台积电、三星不断添置新的更先进的极紫外光刻机，把相对较老的极紫外光刻机应用到成熟制程上时，对于只能应用深紫外光刻机的芯片代工厂来说，简直就是降维打击了。

凭借深紫外光刻机生产14nm芯片，加上立体封装就能让台积电哭晕的想法，太一厢情愿了。不是无知，就是故意忽悠普通老百姓，赚取流量。更值得强调的是，就算是深紫外光刻机，也是依赖进口的，想实现国产化替代，短时间内是不可能的。而且深紫外光刻机也有被禁售的可能性。与其靠嘴自嗨，还不如塌下心来支持相关研究，尽快帮助国家实现技术上的突破来得更可靠。

那位该说了，那这个实现4nm芯片封装的技术就没有任何意义了吗？当然不是，只要是技术突破，就有意义。4nm芯片生产工艺很难，这是众所周知的，这种芯片的封装也是非常困难的。毕竟工艺制程越小，晶体管越小，晶体管之间的距离也越小，导线之间的距离也越小。如何把芯片上的导线准确地接到外接接口上，本身就是非常考验技术的。能实现4nm芯片的封装，本身就是技术上的巨大进步。再加上能实现多维异构封装，绝对值得称赞。

但是从谨慎的角度考量，也还是有一些值得担忧的地方。第一，封装设计软件能否做到独立自主？如果做不到，随时有被禁用的风险。第二，生产设备是不是进口的？如果是，随时有被禁售的风险。第三，生产耗材能否做到独立自主？如果做不到，随时有被断供的风险。第四，核心专利是否掌握在自己手里面？如果不是，风险可想而知。第五，能否不断提高市场占有率？如果市场占有率不高，利润不能做到持续增加，后续的研发乏力，企业将没有生存竞争力。

好了，就简单介绍这么多吧。虽然我非常期待中国芯片产业能尽快走向独立自主，超过别国的技术。但所有的事情都需要努力加上时间，不是一朝一夕就可以实现的。我现在能做的，就是多介绍一些相关知识，让那些聪明的孩子们产生兴趣，立志从事高端科技行业，为行业发展做出自己的一份贡献。

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