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為了克服目前半導體行業(yè)的市場和技術限制，特別是為了超越摩爾定律（More Than Moore），以2.5D和3D封裝為代表的先進封裝已成為增長最快的領域之一。一些頭部企業(yè)開發(fā)了新的先進封裝技術，確定了新的解決方案，使越來越多的功能能夠在同一封裝中與許多器件集成在一起。可以說，先進封裝行業(yè)興奮之情滿溢：研究、創(chuàng)新和商業(yè)化是當前行業(yè)的關鍵詞。
高端性能封裝市場增長最快
隨著前端節(jié)點越來越小，設計成本變得越來越重要。高端性能封裝及其2.5D和3D解決方案在減少與前端制造相關的成本影響方面變得至關重要，同時還有助于提高系統(tǒng)性能，并提供更低的延遲、更高的帶寬和電源效率。除外，它也是維持小芯片（chiplet）和異構集成所需的后端解決方案。
Yole集團旗下Yole Intelligence的封裝和組裝技術和市場分析師Stefan Chitolaga認為，高端性能封裝平臺包括UHD扇出、模制中介層、嵌入式硅橋、硅中介層、3D堆棧存儲器和3D SoC。高端性能封裝市場預計將成為增長最快的先進封裝平臺，到2028年將達到160億美元，高于2022年的22.1億美元，2022-2028年復合年增長率為40%，將在5年內占先進封裝收入的20%以上。
先進封裝市場收入預測
“集成在高端封裝中的帶有芯片的電子元件將在高性能計算、云計算、網(wǎng)絡、人工智能、自動駕駛、個人計算和游戲的終端系統(tǒng)中得到更多的實現(xiàn)。”他說。
代工廠和IDM是2.5D和3D封裝解決方案的領導者，因為這些參與者受益于前端容量和大量資源，而OSAT（外包封測）服務提供商也在遵循這一趨勢，要么提供創(chuàng)新的解決方案，要么成為最終封裝和測試供應鏈的一部分。
晶圓對晶圓（W2W）和管芯對晶圓（D2W）混合鍵合方法是當前最熱門的技術話題，因為它可以實現(xiàn)10μm及以下的精細間距，有助于實現(xiàn)邏輯或存儲器管芯更密集的3D IC堆疊、分區(qū)SoC管芯和異質集成封裝互連。
OSAT發(fā)力豪賭先進封測
2023年11月底，Amkor宣布投資約20億美元，在亞利桑那州建造一座先進封裝和測試設施，以實現(xiàn)有彈性的國內半導體供應鏈。建成后，它將是美國最大的外包先進封裝設施。
在最近的國會聽證中，美國商務部長Gina M.Raimondo強調，先進封裝是美國政府重建美國半導體制造業(yè)的主要重點領域，而發(fā)展強大的先進制造能力是芯片計劃成功的關鍵優(yōu)先事項。
亞利桑那州參議員Mark Kelly表示：“作為美國最早的先進封裝設施之一，這是在減少微芯片供應鏈對其他國家依賴方面邁出的一大步。我的首要任務之一是確保像Amkor這樣的公司獲得所需的支持，在亞利桑那州等地發(fā)展有彈性的供應鏈，讓制造業(yè)回到美國?！?/p>
需要指出的是，Amkor是唯一一家總部位于美國的OSAT服務提供商，擁有先進封裝技術能力和大批量制造經(jīng)驗。Amkor總裁兼首席執(zhí)行官Giel Rutten表示：“美國半導體供應鏈的擴張正在進行中，作為美國最大的先進封裝公司，我們很高興能在增強美國先進封裝能力方面發(fā)揮領導作用，并成為強大的美國半導體生態(tài)系統(tǒng)的一部分?！?/p>
新的制造地點將使Amkor在強大的前端晶圓廠、IDM和供應商生態(tài)系統(tǒng)中處于獨特地位，目前或正在擴大在該地區(qū)的業(yè)務的供應商還包括臺積電、英特爾、應用材料、ASML等。
臺積電首席執(zhí)行官魏哲家和蘋果公司首席運營官Jeff Williams都對此舉表示贊賞。多年來Amkor一直是臺積電的戰(zhàn)略OSAT合作伙伴，蘋果所有產(chǎn)品中也廣泛使用Amkor的芯片。
創(chuàng)新先進封裝賦能“未來車”
過去幾年里，增強的汽車體驗發(fā)生了戲劇性變化，汽車相關半導體有所增長。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2015年汽車半導體市場約為300億美元，到2022年增長了一倍多，達到680億美元。在自動駕駛、數(shù)字控制系統(tǒng)和車輛電氣化需求推動下，預計未來幾年汽車半導體市場將繼續(xù)以百分之十幾的復合年增長率增長，成為行業(yè)增長率最高的領域之一。
受地區(qū)立法和消費者偏好的推動，主機廠正在向先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和完全自主的方向發(fā)展，將增強的安全性和便利性作為基本車型的標配。雖然線鍵合仍然是汽車封裝的主要互連，但ADAS模塊越來越多地采用先進互連技術，如倒裝芯片BGA、晶圓級扇出（WLFO）和倒裝芯片CSP。
事實上，Amkor也是排名第一的汽車OSAT，它正在創(chuàng)新先進封裝，以實現(xiàn)未來的汽車。伴隨先進硅節(jié)點在ADAS處理器中快速增長，Amkor已在生產(chǎn)7nm芯片，5nm解決方案也有望在汽車應用中迅速采用。
為了滿足對汽車數(shù)字控制中心的需求，Amkor不斷開發(fā)先進信息娛樂和遠程信息處理解決方案，提供無縫連接、直觀界面和個性化體驗，包括倒裝芯片、系統(tǒng)級封裝、MEMS和傳感器，也包括支持可持續(xù)高效率需求的碳化硅功率器件和模塊。
英偉達產(chǎn)品工程高級副總裁Gary Hicok表示：“隨著行業(yè)向軟件定義的汽車發(fā)展，汽車中的高級駕駛系統(tǒng)需要更大的處理能力，推動了對具有強大器件封裝的高度復雜、先進技術平臺的需求。擁有先進設計和封裝能力的Amkor就是這樣的汽車半導體封裝技術提供商。”
創(chuàng)新互連技術是新的增長點
目前，D2W混合鍵合即將滲透到服務器、數(shù)據(jù)中心以及智能手機的先進芯片系統(tǒng)中，游戲才剛剛開始。后端設備制造商荷蘭BE Semiconductor Industries（Besi）與合作伙伴應用材料（Applied Materials）一起進入了這個市場。
知名科技作家René Raaijmakers認為，人們對混合鍵合的期望很高，新的互連技術將為Besi未來幾年提供新的增長點。Besi首席執(zhí)行官Richard Blickman在資本市場日上也表示：“混合鍵合，這是所有人的目標?！?/p>
從技術角度講，D2W混合鍵合需要精確地將一個裸露、原子級潔凈、非常平坦的芯片層疊在經(jīng)過同樣處理的晶圓上，然后經(jīng)過精確鏡像、鍵合絕緣氧化硅和銅觸點的關鍵操作。在超清潔環(huán)境中，通過正確的機械化學處理，即形成了一個集成電路三明治，其熱性能和機械性能與單片芯片非常相似。
類似將兩片晶圓鍵合在一起的工藝已經(jīng)在業(yè)內使用了一段時間。幾乎每部手機都包含一個由W2W混合鍵合工藝制成的圖像傳感器，索尼高端相機中驚人感光度的CMOS圖像傳感器也是這樣制成的。
在混合鍵合生產(chǎn)線上，D2W混合鍵合的第一步是制備用于鍵合的芯片和晶圓，從用于清潔和施加等離子體活化的機器開始，用芯片填滿300mm晶圓。第二步是用鍵合機準確地將IC放置在晶圓上。
D2W的融合和混合鍵合流程
據(jù)了解，清潔和鍵合生產(chǎn)線的總成本高達500萬至600萬歐元。應用材料和Besi各投了一半。由于與英特爾和臺積電的歷史關系，這家荷蘭后端專家在D2W混合鍵合方面處于有利地位。
根據(jù)Blickman的說法，臺積電在8年前要求Besi為其開發(fā)鍵合機?！拔覀兲幱谝粋€獨特的環(huán)境中，擁有合適的客戶。我們從一開始就在挑選贏家，與應用材料公司的合作對理解潔凈室環(huán)境的要求有很大幫助?！彼f。
2023年臺積電簽下了一大筆混合鍵合線訂單。Blickman透露，年底前，英特爾將為多臺機器提供類似的訂單。早在2021年，Besi就宣布英特爾和臺積電都承諾購買50臺混合鍵合機。此刻訂單才真正起飛。
Besi表示，他們已經(jīng)有能力每年生產(chǎn)180臺混合鍵合機。如果產(chǎn)能得到滿足，將意味著額外銷售額將達到4億歐元，每臺機器的價格為2-25億歐元。2021年，Besi的銷售額保持在7.49億歐元；該公司預計今年將銷售價值6億歐元的機器。
總之，隨著半導體技術的不斷發(fā)展，先進封裝已經(jīng)成為當前半導體產(chǎn)業(yè)的重要競爭領域之一。頭部企業(yè)都在加大投入，積極布局，同時積極尋求與其他公司的合作，以提升自身競爭力。
先進封裝領域的競爭帷幕已經(jīng)拉開，比拼已經(jīng)開始，競爭也將日益激烈。
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