在講先進(jìn)封裝這個(gè)內(nèi)容之前,我們想說一個(gè)耳熟能詳?shù)氖虑椤?/p>
蘋果于3月9日公布其迄今最強(qiáng)自研電腦芯片M1 Ultra,它將兩個(gè)M1 Max芯片拼在一起,使得芯片各項(xiàng)硬件指標(biāo)直接翻倍,這背后的關(guān)鍵技術(shù)即是蘋果創(chuàng)新定制的封裝架構(gòu)UltraFusion。
具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)我們先不談,至少是目前國內(nèi)對抗制裁的有效方式之一,目前限制為國內(nèi)7nm及其以下制程的芯片代工,知道意味著什么嗎?
意味著但凡先進(jìn)制程的芯片都沒有辦法拿到產(chǎn)能,沒法量產(chǎn),沒法量產(chǎn)就更談不上大規(guī)模商業(yè)化了,這對大部分公司是致命的。說實(shí)話,現(xiàn)在大部分公司還是靠著講故事拿融資存活著,當(dāng)真正市場環(huán)境惡劣到一定程度時(shí)候,這些公司會(huì)是最先暴雷的。
先進(jìn)封裝技術(shù),可以類比蘋果的芯片拼裝技術(shù),國內(nèi)可以在10nm制程可以量產(chǎn)的情況下,通過封裝2個(gè)10nm芯片,達(dá)到5nm的效果(當(dāng)然這是理想狀態(tài)下,要走的路還很漫長)。
當(dāng)最新制裁信息出來之后,國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)造芯頭部企業(yè),快速開始招聘3D工藝相關(guān)專家,頭部車軌芯片企業(yè)也在做相應(yīng)的招聘,另外還有不少企業(yè)招聘,如果對這方面感興趣的可以聯(lián)系我,聊聊相關(guān)的機(jī)會(huì)。
言歸正傳,下面內(nèi)容我重點(diǎn)說一下先進(jìn)封裝技術(shù),供參考和學(xué)習(xí)!
先進(jìn)封裝本質(zhì)目的是增加觸點(diǎn)連接,以代替制程提升。量子隧穿效應(yīng)導(dǎo)致先進(jìn)制程的研發(fā)制造成本過高,而良率過低,先進(jìn)封裝技術(shù)能夠彌補(bǔ)制程提升的困難。先進(jìn)封裝技術(shù)的本質(zhì)為提升連接效率。其中,重布線層技術(shù)(RDL)重新布局裸片 I/O 觸點(diǎn),支持更多、更密引腳,廣泛用于晶圓級封裝(WLP);硅通孔技術(shù)(TSV)通過將芯片的焊點(diǎn)打穿、在通孔里填充金屬材料實(shí)現(xiàn)芯片與芯片、芯片與基板的垂直連接,是 2.5D和 3D 封裝的關(guān)鍵解決方案;凸塊技術(shù)使用凸點(diǎn)(bump)代替?zhèn)鹘y(tǒng)引線,增加觸點(diǎn)、縮小傳輸距離和電阻;混合鍵合技術(shù)(Hybrid Bonding)通過將芯片或晶圓平面上的銅觸點(diǎn)拋光后進(jìn)行退火處理,使得連接平面完全貼合,以無凸點(diǎn)(Bumpless)的方式縮減連接距離和散熱能力。
先進(jìn)封裝對制造設(shè)備精度、無塵環(huán)境、測試精度要求極高。技術(shù)升級方向?yàn)樵黾舆B接效率(如使用玻璃基板代替有機(jī)基板)和降低成本(如使用“硅橋”代替硅中介層)。
先進(jìn)封裝賦能高速計(jì)算,算力需求提升,先進(jìn)封裝產(chǎn)能供不應(yīng)求。先進(jìn)封裝主要通過兩方面提升邏輯芯片的算力:一、提升處理器集成度,從而提升性能;二、提升處理器和存儲(chǔ)器間的連接帶寬、減小連接功耗,從而解決“內(nèi)存墻”和“功耗墻”,提升芯片算力。隨著 AI 大語言模型市場的發(fā)展,模型訓(xùn)練和推理應(yīng)用所需算力不斷提升;國內(nèi)新入局 AI企業(yè)眾多,智算芯片需求旺盛。
根據(jù) IDC,至 2026 年,國內(nèi)智算規(guī)模可達(dá) 2023 年的 3 倍。與此同時(shí),供給端高性能 GPU 產(chǎn)能明顯不足,先進(jìn)封裝產(chǎn)能成為主要瓶頸。2023 年 8 月,英偉達(dá)表示計(jì)劃 2024 年將H100 產(chǎn)能拉高至少 3 倍。2023 年 9 月,臺(tái)積電表示 CoWoS 產(chǎn)能只能盡量滿足客戶 80%的需求。先進(jìn)封裝發(fā)展前景、國產(chǎn)替代空間廣闊。
先進(jìn)封裝行業(yè)壁壘高,專業(yè)封測廠商不具優(yōu)勢;海外龍頭加速擴(kuò)產(chǎn),國內(nèi)企業(yè)追趕。先進(jìn)封裝行業(yè)壁壘高,且相比 OSAT 廠,F(xiàn)ab 廠和 IDM 廠更具優(yōu)勢,主要原因有兩點(diǎn):第一,技術(shù)精度高,且高度依賴晶圓制造技術(shù)、與芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的協(xié)同,例如重布線層(RDL)、硅通孔(TSV)、混合鍵合(HB)需要在裸晶本體上進(jìn)行線路設(shè)計(jì)、刻蝕、電鍍,晶圓廠在技術(shù)和硬件方面更有優(yōu)勢;第二,晶圓廠主導(dǎo)了先進(jìn)封裝領(lǐng)域的技術(shù)路線和訂單分配,封裝廠需要與上游廠商密切合作以獲取訂單。面對高增需求,海外龍頭加大擴(kuò)產(chǎn)力度,但擴(kuò)產(chǎn)難度大、周期長。
臺(tái)積電、三星、英特爾、日月光紛紛增加先進(jìn)封裝產(chǎn)線,但由于上游設(shè)備供應(yīng)不足等原因,擴(kuò)產(chǎn)周期普遍達(dá) 2-3 年。與此同時(shí),國內(nèi)龍頭積極布局先進(jìn)封裝領(lǐng)域。長電科技聚焦 XDFOI 新技術(shù)、2.5D/3D 技術(shù)的量產(chǎn);通富微電聚焦消化高端 CPU、GPU 封裝產(chǎn)能,現(xiàn)已涉及 AMDMI300 的封裝;甬矽電子積極研發(fā) Fan-in/Fan-out、2.5/3D 晶圓級封裝相關(guān)技術(shù),并大力建廠擴(kuò)產(chǎn),未來營收增長空間廣闊。
當(dāng)前現(xiàn)狀是,先進(jìn)封裝需求高增,產(chǎn)能緊缺,各海外龍頭加大擴(kuò)產(chǎn)力度,但擴(kuò)產(chǎn)普遍難度大、周期長。以臺(tái)積電為代表的晶圓代工廠,英特爾、三星為代表的 IDM 廠商,以及以日月光為主的 OSAT 廠商紛紛增加先進(jìn)封裝產(chǎn)線。先進(jìn)封裝上游設(shè)備供應(yīng)不足等原因?qū)е聰U(kuò)產(chǎn)速度較慢,新建工廠普遍需要 2-3 年才能量產(chǎn)。臺(tái)積電采購的 CoWoS 設(shè)備需要超過 6 個(gè)月才能交付,先進(jìn)封測七廠預(yù)計(jì)至 2027 年 Q3 才能量產(chǎn)。短期內(nèi)先進(jìn)封裝產(chǎn)能缺口無法解決,將持續(xù)制約高算力芯片出貨量。
再看看國內(nèi)企業(yè),國內(nèi)龍頭正在積極布局先進(jìn)封裝領(lǐng)域,代表有長電科技、通富微電等。國內(nèi)先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)起步較晚,技術(shù)較為落后,主要承接高性能芯片封裝的后道工藝。近年高性能芯片封裝產(chǎn)能缺口加大,國內(nèi)封測廠紛紛布局先進(jìn)封裝。國內(nèi)龍頭長電科技聚焦 XDFOI 新技術(shù)、2.5D/3D 技術(shù)的量產(chǎn);通富微電利用與 AMD 的密切關(guān)系及自身 Chiplet 技術(shù)優(yōu)勢擴(kuò)產(chǎn)消化高端 CPU、GPU 封裝產(chǎn)能,現(xiàn)已涉及 AMDMI300 的封裝;甬矽電子積極研發(fā)Bumping、RDL 等技術(shù),展望 Fan-in/Fan-out,2.5/3D 晶圓級封裝,并大幅建廠擴(kuò)產(chǎn),營收增長空間廣闊。先進(jìn)封裝國產(chǎn)替代發(fā)展空間大,看好國內(nèi)龍頭。