一線發(fā)聲！先進(jìn)封裝，成為焦點

作者：豐寧

根據(jù)摩爾定律，芯片內(nèi)部的晶體管數(shù)量每隔 18~24 個月翻番，同時性能提升一倍。隨著半導(dǎo)體技術(shù)逐漸逼近物理極限，晶體管尺寸的微縮也越來越困難。

對此，業(yè)內(nèi)普遍采取兩大策略應(yīng)對：一是深入研發(fā)更尖端的制程技術(shù)，二是積極探索創(chuàng)新封裝方案，以期突破當(dāng)前技術(shù)瓶頸。然而，隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷邁向納米級別和更精細(xì)的領(lǐng)域，芯片的設(shè)計和制造變得越來越復(fù)雜，成本和時間投入也顯著增加。根據(jù)IBS的統(tǒng)計及預(yù)測，從16nm到10nm，每10億顆晶體管的成本降低了30.7%，從7nm到5nm成本下降了17.8%，而從5nm到3nm成本僅下降了4.2%。

在這一背景下，先進(jìn)封裝技術(shù)顯得尤為重要。先進(jìn)封裝先進(jìn)在哪里？它與傳統(tǒng)封裝相比又有哪些顯著優(yōu)勢？

?01、傳統(tǒng)封裝VS先進(jìn)封裝

傳統(tǒng)封裝是通常先將原片切割成單個芯片，再進(jìn)行封裝的工藝形式。其主要目的是保護(hù)芯片免受物理和化學(xué)環(huán)境的影響，并幫助芯片與外部電路進(jìn)行連接。主要包括DIP、SOP、TO、LCC、QFP、WB BGA等封裝形式。先進(jìn)封裝是指處于最前沿的封裝形式和技術(shù)，主要包括倒裝焊（Flip Chip）、晶圓級封裝（WLP）、2.5D封裝（Interposer）、3D封裝（TSV）、SiP（System in Packag，系統(tǒng)級封裝）、 Chiplet等。

各自的優(yōu)點與缺點

傳統(tǒng)封裝具有技術(shù)成熟、成本較低以及可靠性更高的優(yōu)點；然而它也面臨著封裝體積較大、電性能及熱性能有限以及無法滿足高端應(yīng)用需求的缺點。先進(jìn)封裝具有尺寸小型化、高性能、高可靠性以及低成本的優(yōu)點；與此同時它也面臨著制造技術(shù)難度高、成本高的缺點。

傳統(tǒng)封裝技術(shù)成熟，成本較低，因此仍被廣泛應(yīng)用于對成本敏感或?qū)π阅芤蟛桓叩念I(lǐng)域。先進(jìn)封裝由于其高性能和高集成度，廣泛應(yīng)用于各類芯片和下游高端應(yīng)用中，其中包括人工智能、智能駕駛、AR/VR、HPC、手機通信、區(qū)塊鏈等，應(yīng)用芯片包括CPU/GPU、APU、DPU、MCU、ASIC、FPGA、存儲、傳感器、模擬芯片、光電子等。

?02、先進(jìn)封裝技術(shù)，IDM和Foundry大廠走在前列

目前來看，在先進(jìn)封裝技術(shù)商業(yè)化方面，臺積電起步最早，市場影響力也最大。臺積電已相繼推出了基板上晶圓上的芯片（Chip on Wafer on Substrate, CoWoS）封裝、整合扇出型（Integrated Fan-Out, InFO）封裝、系統(tǒng)整合芯片（System on Integrated Chips, SoIC）等；當(dāng)前，火爆的 HBM 內(nèi)存主要采用的就是臺積電的 CoWoS 封裝技術(shù)。

除了上述技術(shù)，臺積電還在開發(fā)新的封裝技術(shù)。據(jù)悉，該晶圓代工龍頭已經(jīng)組建了專門的團(tuán)隊，切入專業(yè)封裝測試廠（OSAT）過去多年來一直開發(fā)的 FOPLP（Fan-out Panel Level Package）封裝技術(shù)。臺積電開發(fā)的 FOPLP 可以看作是矩形 CoWoS 封裝，目前主要針對以英偉達(dá)為主的 AI GPU 領(lǐng)域，具有單位成本更低、封裝尺寸更大等優(yōu)勢。

三星、英特爾也已投身新一代先進(jìn)封裝技術(shù)的開發(fā)工作。目前，三星自研的先進(jìn)封裝技術(shù)和服務(wù)包含 I-Cube（2.5D），以及 X-Cube（3D）等。三星的 I-Cube 封裝技術(shù)有多個版本，其中，I-Cube S 是一種異構(gòu)技術(shù)，將一塊邏輯芯片與一組 HBM 裸片水平放置在一個硅中介層上，可實現(xiàn)高算力、高帶寬數(shù)據(jù)傳輸及低延遲，I-Cube E 技術(shù)采用硅嵌入結(jié)構(gòu)，擁有 PLP（面板級封裝技術(shù)）大尺寸、無硅通孔結(jié)構(gòu)的 RDL 中介層等特點。

H-Cube 是一種混合載板結(jié)構(gòu)，將 ABF 載板和 HDI（高密度互連）技術(shù)相結(jié)合，可在 I-Cube 2.5D 封裝中實現(xiàn)較大封裝尺寸。今年7月，韓媒ETNews報道稱，三星電子的AVP先進(jìn)封裝部門正在開發(fā)面向AI半導(dǎo)體芯片的“3.3D”封裝技術(shù)，并計劃于2026年第二季度實現(xiàn)量產(chǎn)。這一技術(shù)的開發(fā)不僅標(biāo)志著三星在封裝領(lǐng)域的技術(shù)突破，也可能為AI芯片市場帶來革命性的變化。

據(jù)悉，三星電子設(shè)備解決方案（DS）部門最近進(jìn)行了組織重組和人員擴(kuò)充，以增強其封裝競爭力。此舉正值三星在半導(dǎo)體代工領(lǐng)域面臨越來越大的挑戰(zhàn)，特別是在封裝領(lǐng)域，臺積電十多年來一直在加強其地位。

英特爾正在推廣其嵌入式多芯片互連橋（EMIB）2.5D 封裝技術(shù)。結(jié)構(gòu)簡單、信號干擾低是 EMIB 的主要優(yōu)勢，應(yīng)用這一技術(shù)，封裝過程中無需制造覆蓋整個芯片的硅中介層，以及遍布在硅中介層上的大量硅通孔，使用較小的硅橋在裸片間進(jìn)行互聯(lián)即可。與普通封裝技術(shù)相比，EMIB 由芯片 I/O 至封裝引腳連接并未發(fā)生變化，無需再通過硅通孔或硅中介層進(jìn)行走線。這種架構(gòu)和工藝，不僅可以降低不同裸片間的傳輸延時，還減少了信號傳輸干擾。

除此之外，日月光投控、安靠科技等傳統(tǒng) OSAT 大廠也在瞄準(zhǔn)先進(jìn)封裝這一市場。日月光正在開發(fā)新的封裝技術(shù)，如扇出型基板上晶圓封裝 (Fan Out Chip on Substrate)。FOCoS為業(yè)界創(chuàng)新的系統(tǒng)級封裝整合技術(shù)，是VIPack垂直互連整合封裝平臺的６大核心封裝技術(shù)之一員，包含兩種不同的工藝流程：Chip First (FOCoS-CF)和Chip Last (FOCoS-CL)，提供卓越的板級可靠性 (board level reliability)和電氣性能，可以滿足網(wǎng)絡(luò)和人工智能應(yīng)用整合的需求，提供更快、更大的數(shù)據(jù)吞吐量以及更高效能的運算能力。

去年12月，安靠科技表示，將斥資20億美元在美國亞利桑那州皮奧里亞市建造一座新的先進(jìn)半導(dǎo)體封裝和測試設(shè)施，可創(chuàng)造多達(dá)2000個就業(yè)崗位，預(yù)計在未來兩到三年內(nèi)開始生產(chǎn)。該設(shè)施將為附近的臺積電工廠生產(chǎn)的芯片進(jìn)行封裝和測試。

與此同時，隨著美國芯片法案的撥款持續(xù)推進(jìn)，安靠科技也成為大眾關(guān)注的焦點之一，原因為：今年7月，美國拜登政府宣布，美國商務(wù)部和半導(dǎo)體封測大廠安靠簽署了一份不具約束力的初步條款備忘錄 （PMT）。美國商務(wù)部將根據(jù)《芯片與科學(xué)法案》提供高達(dá) 4 億美元的擬議直接資金，以支持全美最大封裝設(shè)施建設(shè)。該工廠預(yù)計將采用2.5D和3D封裝技術(shù)，聚焦自動駕駛汽車、5G/6G智能手機和大型數(shù)據(jù)中心客戶，并有望與臺積電、蘋果等形成共振。

?03、國產(chǎn)廠商，積極布局

目前中國大陸地區(qū)的封裝廠也在積極布局各類先進(jìn)封裝，并開發(fā)出了具有特色的新工藝，比如：國內(nèi)傳統(tǒng)OSAT廠商長電科技已經(jīng)掌握了包括WLP、2.5D、3D、SiP等在內(nèi)的全方位先進(jìn)封裝技術(shù)解決方案。長電科技推出的XDFOI Chiplet高密度多維異構(gòu)集成系列工藝已進(jìn)入穩(wěn)定量產(chǎn)階段，同時實現(xiàn)了國際客戶4nm節(jié)點多芯片系統(tǒng)集成封裝產(chǎn)品的出貨。

近日，長電科技公布了2024年上半年的財報，顯示公司在報告期內(nèi)實現(xiàn)了營收154.87億元，同比增長27.22%；歸母凈利潤達(dá)到6.19億元，同比增長24.96%；扣非歸母凈利潤為5.81億元，同比大幅增長53.46%。

通富微電總部位于江蘇南通，公司與國際CPU/GPU大廠緊密合作，特別是與AMD的深度合作，構(gòu)建了國內(nèi)最完善的Chiplet封裝解決方案。通富微電在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆疊等先進(jìn)封裝技術(shù)上具有優(yōu)勢。去年年初，通富微電表示，公司是AMD最大的封裝測試供應(yīng)商，占其訂單總數(shù)的80%以上，未來隨著大客戶資源整合漸入佳境，產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)將帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)受益。

華天科技已掌握了 SiP、FC、TSV、Bumping、Fan-Out、WLP、3D 等集成電路先進(jìn)封裝技術(shù)。SiP封裝技術(shù)方面，華天科技能夠提供設(shè)計、仿真、封裝及測試一站式完整解決方案、射頻模組解決方案，可實現(xiàn)基于FOWLP，F(xiàn)C，WB，F(xiàn)C+WB等互連方式的SiP封裝方案，可實現(xiàn)基于銅框架、樹脂基板、陶瓷基板等SIP解決方案。上半年，華天科技營業(yè)總收入為67.18億元，較去年同期增長32.02%，歸屬于上市公司股東的凈利潤2.23億，較去年同期增長254.23%。

甬矽電子則專注于中高端先進(jìn)封裝的布局，其積極探索Chiplet技術(shù)，成功開發(fā)實現(xiàn)Multi-chip Fan-out（多芯片扇出晶圓級封裝）及Fan-out chip FCBGA（FO-FCBGA）封裝技術(shù)，同時布局加快推進(jìn)2.5D/3D先進(jìn)高階晶圓級封裝等技術(shù)。同時甬矽電子運用于運算、服務(wù)器等領(lǐng)域的大顆FCBGA產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)。上半年，甬矽電子實現(xiàn)營業(yè)收入16.29億元，同比增長65.81%；毛利率在今年上半年穩(wěn)步回升，整體毛利率達(dá)到18.01%，同比增加5.83個百分點；綜合以上因素，公司2024年上半年實現(xiàn)扭虧為盈，歸屬于上市公司股東的凈利潤同比增加9100.47萬元。

晶方科技作為全球第二大能為影像傳感芯片提供WLCSP量產(chǎn)服務(wù)的專業(yè)封測服務(wù)商。擁有WLCSP、TSV等先進(jìn)封裝技術(shù)，同時具備8英寸、12英寸晶圓級芯片尺寸封裝技術(shù)規(guī)模量產(chǎn)封裝能力。上半年，晶方科技營業(yè)收入為5.4億元，同比增長11.08%。歸屬于上市公司股東的凈利潤為1.1億元，較上年同期增長43.67%；扣除非經(jīng)常性損益后的凈利潤為9028萬元，同比增長52.39%。

?04、專業(yè)人士，在線發(fā)聲！

近日，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫記者與業(yè)內(nèi)專業(yè)人士圍繞先進(jìn)封裝的發(fā)展趨勢展開討論，各方人士紛紛發(fā)表了獨到而專業(yè)的見解。此前，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會理事長陳南翔在接受中央廣播電視總臺CGTN專訪時表示，封裝技術(shù)的重要性恐怕都要超過晶圓制造技術(shù)的重要性 。也有人說：先進(jìn)封裝技術(shù)是“后摩爾時代”“超越摩爾”的重要路徑。對于這句話，您怎么看？

云天半導(dǎo)體表示，先進(jìn)封裝通過2.5D/3D堆疊、異質(zhì)集成等方式，在縮小體積、提升性能、降低功耗等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，封裝技術(shù)已不再僅僅是“后端”的工藝，而是成為了推動半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要驅(qū)動力。實際上，陳南翔的觀點強調(diào)了封裝技術(shù)在現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的核心地位，這是對產(chǎn)業(yè)趨勢的深刻洞察。

先進(jìn)封測的主要市場需求來自哪些應(yīng)用領(lǐng)域？

銳杰微表示，當(dāng)前先進(jìn)封裝從應(yīng)用規(guī)?？?，主要應(yīng)用場景有三類領(lǐng)域：算力、高帶寬存儲和高速聯(lián)接。先進(jìn)封裝具有的特點是：寄生參數(shù)小、互聯(lián)路徑短、傳輸阻抗連續(xù)性好；單位面積互聯(lián)密度、帶寬、bump、I/O密度高，每bit傳輸功率、互聯(lián)功耗低；介質(zhì)材料的介電常數(shù)低、正切功率損耗角低；封裝尺寸彈性高、可以支持跨度較大的TDP的需求。這些特點，很好契合算力、高帶寬存儲和高速聯(lián)接應(yīng)用場景對高性能的追求，以及滿足散熱功耗要求。

如何看待全球半導(dǎo)體封測市場的競爭格局？

有業(yè)內(nèi)人士指出，就當(dāng)前的市場情形而言，部分頭部的 IDM 和 Foundry 廠與 OSAT 正處于錯位競爭的態(tài)勢。其中，前者著力于 2.5D/3D 堆疊技術(shù)的探索與突破，后者則在倒裝、扇出以及晶圓級封裝等領(lǐng)域深耕細(xì)作。值得注意的是，盡管競爭策略各異，但整個半導(dǎo)體封測市場正朝著先進(jìn)封裝這一共同目標(biāo)邁進(jìn)。隨著芯片設(shè)計復(fù)雜度的不斷提升和應(yīng)用場景的日益多樣化，先進(jìn)封裝技術(shù)成為了提升產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵。

與國際巨頭相比，中國封測企業(yè)有哪些優(yōu)勢和劣勢？

銳杰微表示，依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2023年，中國大陸的封測市場總規(guī)模占據(jù)全球封測市場的48%。從封測市場的結(jié)構(gòu)占比看，全球先進(jìn)封測市場結(jié)構(gòu)占比為49.6%，中國大陸先進(jìn)封測結(jié)構(gòu)占比為20%。從以上數(shù)據(jù)中可以看出，中國大陸市場雖然占據(jù)全球市場規(guī)模的半壁江山，中國大陸市場對先進(jìn)封測的需求度不足，尤其是缺乏具有較大規(guī)模的標(biāo)桿群體客戶，造成了中國大陸的封測企業(yè)在該領(lǐng)域的創(chuàng)新動力和投入有待提高。另外，中國大陸封測企業(yè)對人才重視程度不足，缺乏培養(yǎng)人才的系統(tǒng)性、階梯性環(huán)境和投入，總體上中國大陸封測企業(yè)處在大而不強的階段。中國封測企業(yè)的優(yōu)勢是擁有世界上最大的市場依托，企業(yè)競爭意識強，市場響應(yīng)迅速，在技術(shù)、裝備、產(chǎn)能等方面迭代快。

未來中國封測企業(yè)的機會在哪里？

云天半導(dǎo)體表示，本土封測企業(yè)在高端封裝技術(shù)上的積累相對薄弱，特別是在先進(jìn)封裝（如2.5D/3D IC封裝、扇出型封裝等）領(lǐng)域，還有很多的路要探索。

未來，機遇或許在于加大研發(fā)投入，力求在先進(jìn)封裝技術(shù)上實現(xiàn)突破，從而盡快在先進(jìn)封裝領(lǐng)域完成國產(chǎn)化，整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，進(jìn)而提升中國企業(yè)的整體競爭力與市場抗風(fēng)險能力。業(yè)內(nèi)人士則從應(yīng)用端切入并表達(dá)了他的想法：大家都在說的AI的范圍還是相對大了一點，若要再聚焦一點，那這一應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)屬數(shù)據(jù)中心。首先從需求端來看，數(shù)據(jù)中心的搭建需要用到大量高算力的CPU和GPU，因為這些高性能芯片是支撐數(shù)據(jù)中心高效運作的關(guān)鍵所在。

再從供應(yīng)端來看，高集成度、高帶寬、高傳輸速率正是當(dāng)前先進(jìn)封裝所解決的問題。再從市場的角度來看，最近兩年不管是政府還是運營商采購，都在向自主化方向傾斜，這對于中國封測企業(yè)而言，無疑是一個重要的契機。

隨著自主化進(jìn)程的推進(jìn)，國內(nèi)對芯片的需求將更加注重本土供應(yīng)鏈的穩(wěn)定和可靠。封測企業(yè)可以積極參與到國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的自主化建設(shè)中，與芯片設(shè)計企業(yè)和制造企業(yè)緊密合作，共同打造完整的自主化產(chǎn)業(yè)鏈。

再看產(chǎn)能，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴(kuò)大，市場對芯片的需求量也將持續(xù)增長。中國封測企業(yè)憑借本土優(yōu)勢和成本優(yōu)勢，可以更好地滿足國內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的需求，拓展市場份額。陳南翔表示，中國芯片產(chǎn)業(yè)目前還沒有達(dá)到爆發(fā)式增長，但那一天終究會到來，未來3-5年將看到這一進(jìn)步。他相信，憑借不斷增長的人才基礎(chǔ)和長遠(yuǎn)的考慮，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)能夠在競爭激烈的全球市場中蓬勃發(fā)展，而且在未來集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中一定正孕育著一個巨大的成功模式。

?05、先進(jìn)封裝項目，正遍地開花

先進(jìn)封裝分析師稱，AI帶動先進(jìn)封裝的需求持續(xù)強勁，先進(jìn)封裝未來有希望成為全球封測市場的核心增長驅(qū)動。目前整體CoWoS產(chǎn)能持續(xù)緊缺。臺積電預(yù)估2024~2025年整體CoWoS產(chǎn)能都將實現(xiàn)倍增，2025年供應(yīng)緊張程度會有一定緩解。

2023年先進(jìn)封裝全球市場規(guī)模達(dá)到439億美元，預(yù)計2024年市場規(guī)模將增長到492億美元，同比增長達(dá)12%；預(yù)計2028年市場規(guī)模將達(dá)到724億美元，2022~2028年的復(fù)合增速接近9%。與此同時，國內(nèi)封測廠商也在加緊布局先進(jìn)封裝技術(shù)，先進(jìn)封裝項目遍地開花。

近日，江蘇芯德半導(dǎo)體科技股份有限公司宣布，揚州晶圓級芯粒先進(jìn)封裝基地項目于8月8日主體結(jié)構(gòu)順利封頂。芯德科技指出，作為一座專注于2.5D/3D等尖端先進(jìn)封裝技術(shù)的現(xiàn)代化智能制造工廠，揚州基地的即將投入使用顯著增強了公司先進(jìn)封裝領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。據(jù)悉，芯德科技成立于2020年9月，公司擁有集成電路和先進(jìn)封裝兩個事業(yè)部，目前可為客戶提供Bumping、WLCSP、Flip Chip PKG、QFN、BGA、SIP、SIP-LGA、2.5D的封裝產(chǎn)品設(shè)計和服務(wù)。

近日，松山湖佰維存儲晶圓級封測項目正式動工開建，預(yù)計將于2025年全面投產(chǎn)。據(jù)悉，松山湖佰維存儲晶圓級封測項目由深圳佰維存儲科技股份公司子公司廣東芯成漢奇半導(dǎo)體技術(shù)有限公司投資建設(shè)，項目用地已于今年5月30日成功摘牌。用地面積約102畝，總投資30.9億元，專注于晶圓中段制造和測試，高帶寬存儲內(nèi)存封測技術(shù)研發(fā)，提供12英寸晶圓凸塊（bumping）、再布線加工(RDL)和2.5D/3D等封測服務(wù)。一期投資額約為12.9億元，規(guī)劃先進(jìn)晶圓級封裝8萬片/年，二期投資額為18億元，將于2025年全面投產(chǎn)。該項目主要打造晶圓級先進(jìn)封測基地，提供全方位的先進(jìn)封裝測試服務(wù)，助力東莞集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)張與技術(shù)水平躍升。

近期，芯植微“年封裝12萬片晶圓級先進(jìn)封裝項目”開工儀式在嘉興南湖順澤路677號舉行。嘉興南湖工廠的動工標(biāo)志著芯植微正式進(jìn)軍顯示驅(qū)動芯片封測行業(yè)，并努力將嘉興南湖工廠打造成技術(shù)領(lǐng)先、服務(wù)優(yōu)質(zhì)的先進(jìn)封測產(chǎn)業(yè)基地。芯植微電晶圓級先進(jìn)封裝項目實施主體為浙江芯植微電子科技有限公司，成立于2023年12月，致力于先進(jìn)封測技術(shù)的應(yīng)用與研究，已掌握了bumping、RDL、TSV等先進(jìn)封裝的工藝方法。該項目總投資15億，其中一期投資2.5億建設(shè)年封裝 12 萬片12寸芯片生產(chǎn)線一條，建筑面積13586㎡。二期擬使用土地面積60畝，實現(xiàn)年封裝72萬片芯片先進(jìn)封裝全流程封測的生產(chǎn)能力。

可以看到，中國先進(jìn)封裝行業(yè)正處于快速發(fā)展的階段，隨著技術(shù)進(jìn)步和市場需求的增加，該行業(yè)未來的發(fā)展前景廣闊。