2023年3月1日，美國半導(dǎo)體研究聯(lián)盟（Semiconductor Research Corporation, SRC）在美國商務(wù)部國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）資助下編制并發(fā)布《微電子和先進(jìn)封裝技術(shù)路線圖》（以下簡稱“MAPT路線圖”）臨時(shí)報(bào)告，從生態(tài)系統(tǒng)、系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用、系統(tǒng)集成和基礎(chǔ)微電子四個(gè)層面，規(guī)劃并梳理關(guān)鍵核心技術(shù)和培育專業(yè)人才隊(duì)伍所需的步驟，以確保未來美國在設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造異質(zhì)集成系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）方面的創(chuàng)新能力。MAPT路線圖以2021年版《半導(dǎo)體十年計(jì)劃》和《異構(gòu)集成路線圖》為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建，提出了一個(gè)新的全面的3D半導(dǎo)體路線圖，以指導(dǎo)即將到來的微電子革命。

MAPT路線圖仍在開發(fā)，臨時(shí)報(bào)告旨在廣泛征集公眾意見以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的最終路線圖。MAPT路線圖共包含12章。第一章為MAPT路線圖報(bào)告概況，其余11章具體包括：

1. 可持續(xù)發(fā)展與能源效率。根據(jù)《半導(dǎo)體十年計(jì)劃》，現(xiàn)階段計(jì)算解決方案不可持續(xù)，隨著計(jì)算需求的增加，計(jì)算的能源需求將超過市場(chǎng)上可用的能源。如果未來十年能源效率沒有實(shí)現(xiàn)1000倍的提高，2040年后沒有實(shí)現(xiàn)1000000倍的提高，計(jì)算將處于能源受限狀態(tài)，不會(huì)增長、驅(qū)動(dòng)新市場(chǎng)或刺激全球GDP增長。此外，由于全球半導(dǎo)體需求日益增長，以及美國《芯片法案》目標(biāo)，預(yù)計(jì)未來幾年美國的芯片制造將會(huì)增加。同時(shí)，從環(huán)境和人類健康的角度來看，芯片制造和先進(jìn)封裝所涉及的化學(xué)品、材料和工藝以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身都必須盡可能可持續(xù)?？沙掷m(xù)發(fā)展與能源效率的跨領(lǐng)域需求包括：（1）提高計(jì)算中的能源效率；（2）在半導(dǎo)體器件和系統(tǒng)的全生命周期中（如：設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、使用、產(chǎn)品使用壽命期后廢棄管理）提高環(huán)境可持續(xù)性和效率；（3）隨著社會(huì)需求的變化，可持續(xù)解決方案和系統(tǒng)創(chuàng)新所需的勞動(dòng)力的發(fā)展。

2. 材料、襯底、供應(yīng)鏈。本章聚焦微電子封裝供應(yīng)鏈生態(tài)的輸入端，材料的來源、環(huán)境因素、成本等都會(huì)影響封裝供應(yīng)鏈的韌性和可持續(xù)性。MAPT路線圖旨在確定未來幾代先進(jìn)電子封裝結(jié)構(gòu)中將使用的材料和化學(xué)品，重點(diǎn)考慮因素包括：高可靠性材料、新工藝材料、電氣性能材料、機(jī)械性能/工藝可操作性材料、熱管理材料、可靠性/溫度/濕度性能優(yōu)越材料和環(huán)境可持續(xù)材料。

3. 設(shè)計(jì)、建模、測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)。本章涉及未來的設(shè)計(jì)自動(dòng)化組合和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)。這些設(shè)計(jì)工具和標(biāo)準(zhǔn)將有效幫助芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)者探索和優(yōu)化不同設(shè)計(jì)領(lǐng)域以及性能、功率/能源、面積/體積、保密性和安全性等指標(biāo)，并將成為半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵推動(dòng)者。

4. 制造和工藝開發(fā)計(jì)量學(xué)。本章涵蓋了半導(dǎo)體材料和器件研究、開發(fā)和制造等各個(gè)方面的測(cè)量?！氨碚骱陀?jì)量”可離線、在線和線上使用，包括物理和電氣測(cè)量的所有方面。“表征和計(jì)量”涵蓋了從原子尺度到宏觀尺度的測(cè)量。對(duì)新材料和新結(jié)構(gòu)的探索是表征密集型的，而且隨著工藝技術(shù)的日益成熟，晶圓廠內(nèi)計(jì)量（in-fab metrology）的使用也在增加。本章描述了MAPT路線圖所有領(lǐng)域的表征和計(jì)量，從材料和器件到先進(jìn)封裝和異構(gòu)集成以及系統(tǒng)。

5. 安全和隱私。本章確定了新出現(xiàn)的安全和隱私挑戰(zhàn)，并概述了解決這些挑戰(zhàn)的方法。本章對(duì)整個(gè)技術(shù)堆棧進(jìn)行了全面分析，但重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了對(duì)制造和封裝技術(shù)的影響。本章是對(duì)2019年IEEE發(fā)布的《異構(gòu)集成路線圖》（Heterogeneous Integration Roadmap）安全章節(jié)的補(bǔ)充。本章的主要主題包括：（1）異構(gòu)集成中潛在的硬件安全漏洞；（2）確定SiP安全內(nèi)容的可行策略，以及定義合理指標(biāo)以評(píng)估安全彈性實(shí)施的可行策略；（3）針對(duì)特定應(yīng)用的攻擊預(yù)測(cè)和防御機(jī)制。

6. 勞動(dòng)力發(fā)展。本章概述了未來十年MAPT領(lǐng)域勞動(dòng)力的需求。美國上下一致認(rèn)為，目前的人才庫以及創(chuàng)建和支持美國國內(nèi)MAPT勞動(dòng)力的途徑都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期需求，并已成為關(guān)系美國經(jīng)濟(jì)和國家安全的關(guān)鍵點(diǎn)。目前，從技術(shù)認(rèn)證師、專科學(xué)位操作員、維護(hù)工程師到碩士和博士工程師，MAPT領(lǐng)域不同教育水平的工人在數(shù)量、知識(shí)、技能和能力方面都不足以滿足未來的需求。本章內(nèi)容主要包括：（1）微電子勞動(dòng)力需求的預(yù)測(cè)/時(shí)間表；（2）全國“贏得人心”運(yùn)動(dòng)的路線圖；（3）整個(gè)MAPT生態(tài)系統(tǒng)的整體、有效的勞動(dòng)力發(fā)展框架。

7. 應(yīng)用驅(qū)動(dòng)因素和系統(tǒng)要求。本章描述了各種應(yīng)用領(lǐng)域的影響及其對(duì)MAPT路線圖所涵蓋的關(guān)鍵使能技術(shù)方向的影響，并具體討論了數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算、移動(dòng)通信和基礎(chǔ)設(shè)施、邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)、汽車、生物應(yīng)用和健康、安全和隱私、以及防御和惡劣環(huán)境等應(yīng)用實(shí)例。每一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都將以不同方式發(fā)展，并需要領(lǐng)域特定的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)更高水平性能。

8. 先進(jìn)封裝與異構(gòu)集成。本章重點(diǎn)介紹了微電子芯片的先進(jìn)封裝和異構(gòu)集成的各個(gè)方面。由于使用更精細(xì)的晶體管（低于20nm）微縮芯片的成本優(yōu)勢(shì)正在減弱，因此有必要采用一種新方法，即將單個(gè)晶粒分解為更小的芯粒（chiplet）并在適當(dāng)?shù)募夹g(shù)制程上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效地制造。為了通過芯粒和無源元件的異構(gòu)集成實(shí)現(xiàn)功能“縮放”，封裝必須從“芯片載體”過渡到“集成平臺(tái)”。隨著微電子行業(yè)朝著為每個(gè)應(yīng)用定制更高性能、更低功耗的解決方案發(fā)展，芯粒數(shù)量將繼續(xù)增加。下一代封裝技術(shù)需要支持這種異構(gòu)集成的爆炸式增長，實(shí)現(xiàn)可以容納極細(xì)間距I/O芯片和極細(xì)間距電路系統(tǒng)的互連。

9. 數(shù)字處理。本章重點(diǎn)介紹了已經(jīng)滲透到現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)方面的數(shù)字處理技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施。如今，產(chǎn)率問題、散熱設(shè)計(jì)功耗（TDP）的實(shí)際限制、先進(jìn)技術(shù)制程的高設(shè)計(jì)和制造成本對(duì)實(shí)現(xiàn)終端用戶期望構(gòu)成威脅。與此同時(shí)，人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)應(yīng)用、高級(jí)認(rèn)知需求、區(qū)塊鏈等方面都要求處理不斷增加的數(shù)據(jù)集，并執(zhí)行越來越復(fù)雜的計(jì)算。單芯片封裝解決方案不再適配數(shù)據(jù)密集型或高性能處理需求。此外，數(shù)據(jù)處理成本現(xiàn)在主要由將數(shù)據(jù)移動(dòng)的能耗決定，包括在處理數(shù)據(jù)的微芯片內(nèi)移動(dòng)數(shù)據(jù)的能耗。將不同的未封裝芯粒進(jìn)行單片異構(gòu)集成從而形成SiP，已成為解決這些挑戰(zhàn)的重要方案。

10. 模擬和混合信號(hào)處理。模擬和混合信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)著模擬硬件的新興應(yīng)用和趨勢(shì)，本章概述了該領(lǐng)域的短期、中期和長期前景。模擬元件對(duì)于世界-機(jī)器接口、傳感、感知、通信和推理系統(tǒng)，以及所有類型的電氣系統(tǒng)的電力分配、輸送和管理至關(guān)重要。模擬信號(hào)處理或“模擬邊緣”處理有助于減少必要的數(shù)字處理數(shù)量。本章的主要主題包括：（1）模擬和混合信號(hào)電路及處理；（2）電力轉(zhuǎn)換和管理；（3）智能傳感接口；（4）射頻（RF）到太赫茲（THz）的器件、電路和系統(tǒng)（RF-to-THz devices, circuits and

systems）。

11. 光子學(xué)和微機(jī)電系統(tǒng)。本章闡述了存儲(chǔ)器、計(jì)算、傳感、通信等所必需的重要配套技術(shù)。本章是對(duì)2021年荷蘭PhotonDelta聯(lián)盟和麻省理工學(xué)院微光子學(xué)研究中心發(fā)布的《國際集成光子學(xué)系統(tǒng)路線圖》（Integrated Photonics System Roadmap –

International, IPSR-I）的補(bǔ)充。本章的主要主題包括：（1）基于微機(jī)電系統(tǒng)和光子學(xué)的傳感器和執(zhí)行器；（2）用于通信的集成光子學(xué)；（3）用于存儲(chǔ)器和計(jì)算的光子I/O；（4）材料和加工；（5）設(shè)計(jì)和建模支持。