“化圓為方”，CoPoS板級封裝是下一代AI、5G通信的必然選擇

在“后摩爾時代”，隨著先進(jìn)制程技術(shù)的升級速度逐漸減緩，并且進(jìn)一步發(fā)展的邊際成本不斷攀升，先進(jìn)封裝技術(shù)正日益成為突破摩爾定律限制、推動半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。

圖 | 先進(jìn)封裝市場預(yù)測

根據(jù)Yole發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，在AI、HPC、汽車和AIPC的推動下，2023-2029年，先進(jìn)封裝市場的年復(fù)合增長率為11%，預(yù)計到2029 年將達(dá)到695 億美元。其中，CoWoS等2.5D / 3D先進(jìn)IC封裝技術(shù)在2023-2029年間的年復(fù)合年增長率為15%，至2029年將占近40%市場，并成為代工廠、封測廠、IDM、芯片設(shè)計廠商以及EDA廠商都競相關(guān)注的一環(huán)。

然而，CoWoS的全球產(chǎn)能非常緊張，根據(jù)臺積電方面的消息，至2024年底，臺積電CoWoS月產(chǎn)能約3.5萬片，2024全年產(chǎn)出約30至32萬片；到2025年底，臺積電計劃將月產(chǎn)能提高至6萬片以上，但依舊跟不上AI、HPC、汽車和AIPC等下游需求。

與此同時，CoWoS封裝還面臨成本的挑戰(zhàn)，臺積電也在尋求降本的可能，于是CoWoS衍生出了三大種類，分別是CoWoS-S、CoWoS-R和CoWoS-L，其中英偉達(dá)前代的產(chǎn)品H100、H200，AMD MI300、英特爾Gaudi 2&3&Falcon Shores、谷歌TPU均采用了性能最高價格也最貴的CoWoS-S；而英偉達(dá)最新推出的Blackwell&robin則采用了有重新布線層（RDL）中介層的CoWoS-R；但有時候CoWoS-R不能滿足復(fù)雜系統(tǒng)的集成，因此有的廠商采用了結(jié)合局部硅互連和RDL中介層的CoWoS-L，如AWS inferential、Trainium。

但是，隨著芯片越做越大，大芯片的良率不斷下降，每片晶圓可切割出的芯片數(shù)量越來越少，這一定程度上又逆向推動芯片價格不降反升。

面對以上行業(yè)挑戰(zhàn)，業(yè)界一致認(rèn)為CoPoS將更好地滿足下一代更高密度AI芯片，以及5G通信芯片等所需。因此，我們看到CoWoS的提出者臺積電也已對外公開表示其正在推進(jìn)板級封裝。

CoPoS封裝有何魅力？

首先來解釋一下，什么是CoPoS？

CoPoS 是CoWoS的面板化解決方案，作為2.5D封裝的另外一種選擇，未來先進(jìn)的技術(shù)方向有望將硅中介層替換成玻璃中介層或板級封裝RDL層、BT基板替換成玻璃基板，在各種互連架構(gòu)中實現(xiàn)的再分配層(RDL)，包括RDL interposer (CoWoS-R/ CoWoS-L)和玻璃芯基板上的RDL（玻璃版的FC-BGA）。

相比CoWoS中的FOWLP（扇出型晶圓級封裝），雖然CoPoS 中的FOPLP（扇出板級封裝）是后來者，但它可以將多個芯片、無源組件和互連集成在一個封裝內(nèi)，并以重新布線層（RDL）工藝，將芯片重新分布在具有面積利用率優(yōu)勢的方形基板上進(jìn)行互連，更具產(chǎn)能優(yōu)勢和成本效益。

圖 | “化圓為方”大勢所趨

我們以英偉達(dá)的最新的芯片為例，其Die的尺寸是50mm*54mm，一片12英寸的晶圓可以放14顆這樣的Die；但有消息稱，其正在打樣的下一代產(chǎn)品中的Die的尺寸將達(dá)到120mm*150mm，那么單片12英寸的晶圓就只能容納1顆Die。更何況，這么大的芯片，要保障其整體良率是非常困難的，只要在個別點(diǎn)上出現(xiàn)問題，整片晶圓報廢。相比之下，板級封裝的產(chǎn)能和成本優(yōu)勢都非常明顯。

所以，我們看到多年前，三星和日月光在拿不出能和臺積電InFO技術(shù)抗衡的FOWLP技術(shù)后，轉(zhuǎn)投FOPLP技術(shù)。雖然，當(dāng)時這兩家大廠的試水都無疾而終，基本沒有實際投入運(yùn)轉(zhuǎn)FOPLP產(chǎn)能，但在前面提到的這些剛需的驅(qū)動下，業(yè)界并沒有放棄FOPLP技術(shù)，反而在不斷試錯的過程中，逐漸發(fā)展成熟。

如今，我們看到FOPLP技術(shù)已經(jīng)開始量產(chǎn)，當(dāng)然目前量產(chǎn)的主要是功率器件、傳感器芯片和射頻芯片等小面積芯片。而在大面積芯片上，還處于探索階段。Manz集團(tuán)亞洲區(qū)總經(jīng)理林峻生先生認(rèn)為：“1-2年內(nèi)，F(xiàn)OPLP在大面積芯片上的量產(chǎn)幾率很小，3-4年后或有可能。”

?CoPoS用上TGV了嗎？

除了FOPLP外，在CoPoS領(lǐng)域的另一個熱詞就是TGV（玻璃通孔）。玻璃通孔，即穿過玻璃基板的垂直電氣互連。TGV 以高品質(zhì)硼硅玻璃、石英玻璃為基材，通過種子層濺射、電鍍填充、化學(xué)機(jī)械平坦化、RDL再布線，bump工藝引出實現(xiàn)3D互聯(lián)，因此被視為下一代3D集成的關(guān)鍵技術(shù)。

大家還記得去年9月英特爾宣布推出業(yè)界首款用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板，并計劃在2026-2030年間量產(chǎn)，導(dǎo)入到需要較大封裝體積的數(shù)據(jù)中心、AI及繪圖處理等相關(guān)應(yīng)用的事情嗎？

圖 | 玻璃載板 vs 有機(jī)載板

對此，李裕正博士表示：“與傳統(tǒng)的有機(jī)基板相比，玻璃具有獨(dú)特的性能，例如玻璃基板具備超低平坦度、更高散熱性和更佳的機(jī)械穩(wěn)定性，有望進(jìn)一步提高基板互連密度。同時，TGV為具有挑戰(zhàn)性且昂貴的硅技術(shù)提供了一種成本更低、損耗更低的替代方案。所以，雖然當(dāng)前TGV主要是用作玻璃芯，但當(dāng)工藝更加成熟時，或可用TGV替代中介層?！?/p>

事實上，Manz亞智科技作為板級封裝的主要推動者，已經(jīng)成功交付了從300mm、500mm、600mm到700mm不同尺寸的RDL工藝量產(chǎn)線，涵蓋洗凈、顯影、蝕刻、剝膜、電鍍及自動化設(shè)備。今天Manz亞智科技更進(jìn)一步，正在努力拓展至TGV領(lǐng)域，力圖將部分芯片的生產(chǎn)模式從晶圓轉(zhuǎn)向板級，實現(xiàn)“化圓為方”。

值得一提的是，除了AI等大芯片領(lǐng)域外，TGV在5G通信等高頻場景也是剛需，因為硅基材料在高頻情況下會有漏電和熱變形問題，相應(yīng)的TGV因本身材料優(yōu)勢，可以克服這些挑戰(zhàn)。

為什么是Manz亞智科技在推動CoPoS？

近日，Manz亞智科技舉辦了一場以【 “化圓為方”，CoPoS封裝賦能芯未來】為主題的FOPLP、TGV、異質(zhì)整合結(jié)構(gòu)芯片封裝技術(shù)創(chuàng)新論壇，論壇吸引了眾多行業(yè)的專家和學(xué)者到場，座無虛席，可見行業(yè)對CoPoS未來的認(rèn)可。

圖 | FOPLP、TGV、異質(zhì)整合結(jié)構(gòu)芯片封裝技術(shù)創(chuàng)新論壇現(xiàn)場

有人要問，Manz亞智科技作為一家半導(dǎo)體制程設(shè)備商，為何要這么努力去推CoPoS？在筆者看來，這是在錨定方向后，作為先行者的市場教育之路，如果這一道路行得通，那Manz亞智科技也必將在未來收獲產(chǎn)業(yè)鏈成長帶來的營收增量，這是一種投資未來的方式。

話說回來，Manz亞智科技在推動CoPoS上面是有獨(dú)到優(yōu)勢的。

圖 | Manz亞智科技是RDL專家

對此，林峻生先生表示：“Manz亞智科技在板級技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗，由于之前做過IC載板、電路板及顯示領(lǐng)域的設(shè)備，因此在做方形基板，尤其是玻璃基板工藝方面存在很大優(yōu)勢，同時也具備載板的經(jīng)驗；在板級RDL方面也有10年的經(jīng)驗，是這個領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商；此外，就像今天的創(chuàng)新論壇一樣，我們正在通過生態(tài)的力量，和友商進(jìn)行合作，共同解決客戶端面臨的問題。”

關(guān)于TGV方面，Manz集團(tuán)亞洲區(qū)銷售副總經(jīng)理簡偉銓透露：“Manz亞智科技從去年開始投入玻璃基設(shè)備的研發(fā)，目前在蘇州的工廠已經(jīng)有樣品，正在和下游的客戶、上下游的設(shè)備和供應(yīng)鏈企業(yè)緊密合作，進(jìn)行關(guān)鍵驗證?！?/p>

簡偉銓表示：“Manz亞智科技期待年底可以有雙面電鍍完的結(jié)果，并希望未來可以聯(lián)合生態(tài)鏈上下游串成工藝鏈，共同助力板級封裝量產(chǎn)落地及玻璃基板開發(fā)進(jìn)程?！?/p>

CoPoS在中國的推進(jìn)進(jìn)度如何？

中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副秘書長兼封測分會秘書長徐冬梅在這場創(chuàng)新大會上表示：“自2024年以來，中國半導(dǎo)體封測行業(yè)的市場規(guī)模已達(dá)數(shù)百億美元。展望2030年，中國對先進(jìn)封裝技 術(shù)的投資預(yù)計將達(dá)到目前的三倍，從而推動整個行業(yè)向高端化和專業(yè)化邁進(jìn)。”

所以，在CoWoS供貨受限的情況下，中國大陸該如何發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)呢？CoPoS或許是個不錯的出路。

根據(jù)創(chuàng)新論壇上的溝通，國內(nèi)已經(jīng)有頭部廠商在跟進(jìn)CoPoS技術(shù)，包括FOPLP和TGV，其中就有Manz亞智科技的主要需求方，目前已經(jīng)在合作打樣，并制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。