芯片巨頭血拼先進(jìn)封裝，臺(tái)積電等大廠占比超八成，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的機(jī)會(huì)在哪里？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）當(dāng)前，摩爾定律失速已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)，不過我們看到高端計(jì)算芯片的性能提升并不慢，尤其是像英偉達(dá)通用算力GPU這樣的產(chǎn)品，以及AMD、英特爾等公司推出的高端計(jì)算芯片，每一代更新都有巨大的提升。其中，先進(jìn)封裝發(fā)揮了重要的價(jià)值。

先進(jìn)封裝是封裝技術(shù)向小型化、多引腳、高集成目標(biāo)持續(xù)演進(jìn)的產(chǎn)物。傳統(tǒng)封裝主要是以單芯片為主體進(jìn)行封裝，包括DIP、SOP、SOT、TO、QFP、QFN等不同的封裝類型。先進(jìn)封裝包括FC、FIWLP、FOWLP、TSV、SIP等方式，其中TSV主要是以2.5D或者3D的方式，將多芯片進(jìn)行堆疊封裝的工藝——2.5D封裝一般是通過中介層將裸片(die)連接在一起，3D封裝則是直接將不同的die直接堆疊在一起。

通過堆疊的方式，先進(jìn)封裝讓高性能計(jì)算芯片在相同的單位面積上迸發(fā)出更高的性能。

晶圓代工和IDM巨頭引領(lǐng)先進(jìn)封裝

先進(jìn)封裝提升了芯片產(chǎn)品的集成密度和互聯(lián)速度，是超越摩爾定律的有效手段，因此得到了市場(chǎng)的廣泛關(guān)注。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模374億美元，到2027年有望達(dá)到650億美元，2021年至2027年復(fù)合年均增長(zhǎng)率為9.6%。

另有行業(yè)分析數(shù)據(jù)指出，目前晶圓代工廠和封測(cè)大廠在先進(jìn)封裝領(lǐng)域擁有明顯的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，其中臺(tái)積電、英特爾、日月光、安靠、長(zhǎng)電科技和三星六家廠商在該領(lǐng)域的合計(jì)市占比超過了80%。其中，臺(tái)積電更是憑借其先進(jìn)的制造工藝和出色的品質(zhì)控制，已經(jīng)從2021年的市場(chǎng)第三上升到了市場(chǎng)首位。

2009年，臺(tái)積電重新請(qǐng)回了蔣尚義，出發(fā)點(diǎn)是為了在28nm這一先進(jìn)制程實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。不過，蔣尚義的回歸也帶來一套先進(jìn)封裝的技術(shù)理念。臺(tái)積電正是從2009年開始大張旗鼓布局先進(jìn)封裝。

目前，臺(tái)積電已經(jīng)擁有2.5D和3D的先進(jìn)封裝能力。2.5D也就是當(dāng)前大火的CoWoS封裝技術(shù)，臺(tái)積電于2011年正式推出了自己的CoWoS封裝技術(shù)，目前已經(jīng)成為該公司除先進(jìn)制程之外的另一大殺手锏，英偉達(dá)的A100和H100芯片都是受益于這項(xiàng)強(qiáng)大的封裝技術(shù)。

CoWoS由CoW和oS組合而來：CoW表示Chip on Wafer，指裸片在晶圓上被拼裝的過程；oS表示on Substrate，指在基板上被封裝的過程。2011年，臺(tái)積電在與賽靈思合作推出Virtex-7 HT系列FPGA的過程中，系統(tǒng)性地開發(fā)了TSV、μBump及RDL技術(shù)，這些便是CoWoS技術(shù)中的核心技術(shù)，代替了傳統(tǒng)引線鍵合用于裸片間連接，大大提高了互聯(lián)密度以及數(shù)據(jù)傳輸帶寬。


不過，發(fā)展初期，只有賽靈思這樣的高端FPGA產(chǎn)品才用得起CoWoS技術(shù)，原因就是成本太高了。為了能夠把蘋果等公司也拉入到CoWoS技術(shù)的客戶名單里，臺(tái)積電又開發(fā)了一個(gè)廉價(jià)版的CoWoS技術(shù)——InFO技術(shù)。其相較于傳統(tǒng)封裝，降低了芯片面積，并具有CoWoS技術(shù)一定的優(yōu)勢(shì)。

CoWoS技術(shù)是將處理器、內(nèi)存和其他功能器件排布在硅中介層上，先經(jīng)由硅中介層上方的μBump連接，讓硅中介板之內(nèi)金屬線可連接不同芯片的電訊號(hào)，然后再通過TSV穿孔來連結(jié)下方的μBump，最后通過導(dǎo)線板連接外部的μBump。由于使用了硅中介層，CoWoS技術(shù)雖然連接密度更高，但也確實(shí)價(jià)格不菲。于是臺(tái)積電把硅中介層換成了其他材料，犧牲了連接密度，卻換來了成本的大幅下降。

AI芯片讓CoWoS技術(shù)名稱大噪，從英偉達(dá)推出的首款采用CoWoS封裝的GPU芯片GP100，到現(xiàn)在的A100和H100，臺(tái)積電的CoWoS技術(shù)越來越受到行業(yè)的認(rèn)可。

臺(tái)積電的腳步并沒有停下，而是又提出了真正的3D堆疊技術(shù)——SoIC技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)于2018年首次對(duì)外公開。目前，SoIC技術(shù)的進(jìn)展也非常順利，根據(jù)供應(yīng)鏈人士透露，AMD和蘋果等公司都試產(chǎn)了基于臺(tái)積電SoIC技術(shù)的芯片。據(jù)悉，相關(guān)芯片也是SoIC技術(shù)和InFO技術(shù)混合使用，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，搭載相關(guān)芯片的終端預(yù)計(jì)將會(huì)在2025年逐步推向市場(chǎng)。

在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，英特爾據(jù)悉目前是緊隨臺(tái)積電之后，擁有2.5D封裝工藝EMIB技術(shù)和3D封裝工藝Foveros技術(shù)、Co-EMIB技術(shù)。同時(shí)，英特爾提出自己的創(chuàng)新思路，該公司在自己的先進(jìn)封裝藍(lán)圖中提出，計(jì)劃將傳統(tǒng)基板換成玻璃基板。英特爾表示，玻璃基板不僅能提高基板強(qiáng)度，還可以進(jìn)一步降低功耗，提升能源利用率。此外，英特爾還計(jì)劃在芯片內(nèi)部逐步引入光學(xué)器件。

除了英特爾和臺(tái)積電，傳統(tǒng)封測(cè)廠也有自己的先進(jìn)封裝計(jì)劃，安靠擁有2D封裝SWIFT技術(shù)和HDFO技術(shù)，3D封裝SLIM技術(shù)；長(zhǎng)電科技擁有2D封裝FOECP技術(shù)和2.5D封裝XDFOI技術(shù)；日月光擁有2D封裝FOCOS技術(shù)和2.5D封裝FORB技術(shù)，等等。

可見，先進(jìn)封裝已經(jīng)成為高端芯片市場(chǎng)不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)，不過相對(duì)而言，傳統(tǒng)封測(cè)廠在這方面逐漸處于一定的落后位置。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2022年先進(jìn)封裝在整體封裝市場(chǎng)的占比已經(jīng)接近三成，未來這一比例將持續(xù)擴(kuò)大。當(dāng)前，先進(jìn)封裝增速高于整體封裝，2.5D/3D 封裝增速居先進(jìn)封裝之首。

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈在先進(jìn)封裝中的機(jī)會(huì)

長(zhǎng)期以來，封裝測(cè)試環(huán)節(jié)都是芯片產(chǎn)業(yè)鏈的底端，因此很早就從日韓向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移。因此，大陸擁有全球領(lǐng)先的封測(cè)大廠——長(zhǎng)電科技、通富微電和華天科技。當(dāng)然，這幾家廠商也都有自己的先進(jìn)封裝規(guī)劃。

那么，除了封測(cè)環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)廠商還能在先進(jìn)封裝發(fā)展中捕捉到哪些機(jī)會(huì)呢？

這個(gè)核心命題是chiplet，無論是2.5D封裝還是3D封裝，die是其中的核心環(huán)節(jié)，那么國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈除了直接布局先進(jìn)封裝工藝之外，也可以關(guān)注die本身和die to die之間的互聯(lián)技術(shù)。

目前，國(guó)產(chǎn)企業(yè)在核心芯片如計(jì)算芯片、內(nèi)存芯片方面還存在技術(shù)代差，不過可以積極擁抱UCIe的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在特色功能die上發(fā)力，借此打入AMD、英特爾、高通、三星、臺(tái)積電等大廠的供應(yīng)鏈。另外，先進(jìn)封裝和AI芯片掛鉤更加明顯，AI芯片對(duì)于一般芯片的設(shè)計(jì)規(guī)模要求最高，且需整合高速I/O、高速網(wǎng)絡(luò)等功能單元，也是一個(gè)可以切入產(chǎn)業(yè)鏈的方向。

除了芯片本身，設(shè)備端也是國(guó)產(chǎn)公司打入先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)的一個(gè)有效渠道。晶圓級(jí)封裝需要的設(shè)備與前道晶圓制造類似，涉及***、涂膠顯影設(shè)備、薄膜設(shè)備、電鍍?cè)O(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、量測(cè)設(shè)備等。國(guó)產(chǎn)廠商如北方華創(chuàng)、芯源微、盛美上海、中科飛測(cè)等都有借力的機(jī)會(huì)。

寫在最后

從臺(tái)積電先進(jìn)封裝的發(fā)展來看，這個(gè)產(chǎn)業(yè)需要有超級(jí)甲方的帶領(lǐng)，比如臺(tái)積電客戶中早期的賽靈思，后來的蘋果，再后來的AMD和英偉達(dá)等，只要超級(jí)客戶能夠覆蓋先進(jìn)封裝額外的高成本。在國(guó)內(nèi)，如果要主導(dǎo)自己的chiplet行業(yè)規(guī)則，也需要這樣的超級(jí)甲方。

目前，先進(jìn)封裝處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。此前有行業(yè)信息稱，由于訂單旺盛，客戶要求臺(tái)積電擴(kuò)充CoWoS產(chǎn)能，導(dǎo)致臺(tái)積電先進(jìn)封裝CoWoS產(chǎn)能吃緊，缺口高達(dá)一至二成。也就是說，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈在這方面還有窗口期，要更好地把握住。