先進(jìn)封裝賦能AI芯片，龍頭企業(yè)加速布局

作者：鵬程

近日，先進(jìn)封裝相關(guān)項(xiàng)目傳來新的動(dòng)態(tài)，涉及華天科技、通富微電、盛合晶微等企業(yè)。頻繁的項(xiàng)目動(dòng)態(tài)刷新和先進(jìn)封裝技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，不斷吸引著業(yè)界關(guān)注。

在摩爾定律發(fā)展趨緩的大背景下，通過先進(jìn)封裝技術(shù)來滿足系統(tǒng)微型化、多功能化，成為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的聲名鵲起，引來一眾行業(yè)廠商群雄競(jìng)逐。封測(cè)產(chǎn)業(yè)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的地位愈發(fā)重要，有望成為集成電路產(chǎn)業(yè)新的制高點(diǎn)，同時(shí)也將迎來更多發(fā)展機(jī)遇。

?01、封裝技術(shù)發(fā)展和先進(jìn)封裝技術(shù)的興起

自1947年美國(guó)電報(bào)電話公司（AT&T）發(fā)明第一只晶體管以來，半導(dǎo)體封裝技術(shù)便隨之誕生。最初，封裝的主要目的是將微小的半導(dǎo)體晶粒保護(hù)起來，防止其受到外界環(huán)境的污染和損壞，同時(shí)提供電氣連接以實(shí)現(xiàn)在電路中的功能。

在20世紀(jì)50年代，半導(dǎo)體封裝技術(shù)主要以TO（小型晶體管外殼）封裝為主，它使用陶瓷或金屬作為外殼材料，具有三根引腳，用于連接電路和提供電氣接口。這種封裝形式雖然簡(jiǎn)單，但為后續(xù)的封裝技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

進(jìn)入20世紀(jì)60年代，隨著中小規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體封裝技術(shù)也迎來了重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。為了適應(yīng)集成電路晶粒上晶體管數(shù)量的增加和I/O數(shù)量的提高，封測(cè)企業(yè)開發(fā)出了DIP（雙列直插式封裝）封裝形式。

到了20世紀(jì)70-80年代，隨著大規(guī)模集成電路（LSI）技術(shù)的出現(xiàn)和表面貼裝技術(shù)（SMT）的發(fā)展，半導(dǎo)體封裝技術(shù)迎來了新的變革。荷蘭飛利浦公司率先開發(fā)出第一代適用于SMT工藝的扁平封裝形式——SOP（小外形封裝）。

扁平封裝技術(shù)的發(fā)展，不僅滿足了集成電路技術(shù)發(fā)展的需求，也為后續(xù)先進(jìn)封裝技術(shù)的創(chuàng)新提供了思路。20世紀(jì)90年代球型矩陣封裝的出現(xiàn)，滿足了市場(chǎng)對(duì)高引腳的需求，改善了半導(dǎo)體器件的性能。隨著科技的不斷進(jìn)步，電子產(chǎn)品的功能越來越強(qiáng)大，但體積卻越來越小。這種趨勢(shì)對(duì)電子封裝技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的封裝方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品的需求，因此，先進(jìn)封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

先進(jìn)封裝技術(shù)的起源可以追溯到20世紀(jì)90年代。當(dāng)時(shí)，集成電路的規(guī)模越來越大，晶體管的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了數(shù)百萬甚至數(shù)千萬級(jí)別。傳統(tǒng)的封裝方式已經(jīng)無法滿足大規(guī)模集成電路的封裝需求，因此，一些先進(jìn)的封裝技術(shù)開始被研發(fā)出來。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著5G、自動(dòng)駕駛汽車、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體封裝技術(shù)提出了更高的要求。

先進(jìn)封裝技術(shù)包括晶圓級(jí)封裝（WLCSP）、3D堆疊封裝、系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）等多種形式。其中，WLCSP技術(shù)通過在同一封裝中實(shí)現(xiàn)多個(gè)集成電路的異質(zhì)結(jié)合和存儲(chǔ)芯片堆疊，顯著提高了封裝密度和性能。3D堆疊封裝技術(shù)則通過將多個(gè)芯片正面朝下放置在彼此的頂部，實(shí)現(xiàn)了更高的集成度和更快的信號(hào)傳輸速度。SiP技術(shù)則通過將多個(gè)功能不同的芯片封裝在一個(gè)封裝體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)的功能集成和簡(jiǎn)化。

?02、后摩爾時(shí)代，先進(jìn)封裝大有可為

隨著摩爾定律日漸趨緩，芯片先進(jìn)制程提升的速度放慢，在后摩爾定律時(shí)代，先進(jìn)封裝成為提升系統(tǒng)整體性能的重要突破口，行業(yè)開始由之前的“如何把芯片變得更小”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭绾伟研酒獾酶　?，先進(jìn)封裝成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。傳統(tǒng)封裝的功能主要在于保護(hù)芯片、電氣連接，先進(jìn)封裝則在此基礎(chǔ)上增加了提升功能密度、縮短互聯(lián)長(zhǎng)度、進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)三項(xiàng)新功能。

先進(jìn)封裝是在不考慮提升芯片制程的情況下，努力實(shí)現(xiàn)芯片體積的微型化、高密度集成，同時(shí)降低成本，這種技術(shù)的提升符合高端芯片向更小尺寸、更高性能、更低功耗方向演進(jìn)的趨勢(shì)。

先進(jìn)封裝主要朝兩個(gè)方向發(fā)展，第一是向上游晶圓制程領(lǐng)域發(fā)展（晶圓級(jí)封裝），直接在晶圓上實(shí)施封裝工藝，主要技術(shù)有Bumping、TSV、Fan-out、Fan-in 等；第二是向下游模組領(lǐng)域發(fā)展（系統(tǒng)級(jí)封裝），將處理器、存儲(chǔ)等芯片以及電容、電阻等集成為一顆芯片，壓縮模塊體積，提升芯片系統(tǒng)整體功能性和靈活性，主要技術(shù)包括采用了倒裝技術(shù)（FC）的系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品。

先進(jìn)封裝技術(shù)通常采用更可靠的材料和工藝，如使用先進(jìn)的絕緣材料和密封技術(shù)，以確保封裝體的穩(wěn)定性和可靠性。這些技術(shù)可以降低封裝體因環(huán)境因素（如溫度、濕度等）引起的失效風(fēng)險(xiǎn)。先進(jìn)封裝技術(shù)還允許將不同類型的芯片和組件集成在一起，形成異質(zhì)集成。這種靈活性使得設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要選擇最佳的芯片和組件組合，以滿足特定的性能需求。

雖然先進(jìn)封裝技術(shù)的初期投資可能較高，但長(zhǎng)期來看，它可以降低整體制造成本。通過提高集成度和優(yōu)化性能，先進(jìn)封裝技術(shù)可以減少所需的芯片和組件數(shù)量，從而降低材料成本。此外，先進(jìn)封裝技術(shù)還可以提高生產(chǎn)效率，進(jìn)一步降低制造成本。

?03、AI成先進(jìn)封裝新動(dòng)能， 國(guó)產(chǎn)封測(cè)大廠擴(kuò)產(chǎn)布局

隨著AI芯片需求的增加，先進(jìn)封裝技術(shù)在提高芯片性能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些技術(shù)不僅提升了芯片的傳輸和運(yùn)算速度，還實(shí)現(xiàn)了芯片整體性能的提升，使得芯片能夠?qū)崿F(xiàn)高密度集成、體積微型化以及成本降低。這主要是因?yàn)槟柖傻姆啪?，使得單純依靠先進(jìn)制程來提升算力性價(jià)比越來越低。AI 及高性能運(yùn)算芯片廠商目前主要采用的封裝形式之一是臺(tái)積電CoWos。

據(jù)臺(tái)積電預(yù)計(jì)，AI加速發(fā)展帶動(dòng)先進(jìn)封裝CoWos需求快速增長(zhǎng)，目前其CoWos產(chǎn)能供應(yīng)緊張，2024-2025 年將擴(kuò)產(chǎn)，2024年其CoWos產(chǎn)能將實(shí)現(xiàn)倍增。其中，由于CoWoS設(shè)備交期仍長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月，公司11月通過整合扇出型封裝（InFO）改機(jī)增加CoWoS月產(chǎn)能至1.5萬片；客戶端，英偉達(dá)占臺(tái)積電CoWoS總產(chǎn)能比重約40%，AMD占比約8%。

目前，臺(tái)積電以外的供應(yīng)鏈可增加20%CoWos產(chǎn)能。近年來國(guó)內(nèi)外大廠積極推出相關(guān)產(chǎn)品，比如AMD Milan-X、英偉達(dá) H100、蘋果M1 Ultra、英特爾Sapphire Rapids、華為鯤鵬920 等。同時(shí)，隨著Chiplet 進(jìn)一步催化先進(jìn)封裝向高集成、高 I/O 密度方向迭代，驅(qū)動(dòng)國(guó)際巨頭企業(yè)不斷加碼先進(jìn)封裝領(lǐng)域。據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2026 年先進(jìn)封裝全球市場(chǎng)規(guī)模475億美元，2020-2026年復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）約7.7%。

據(jù) Omdia預(yù)測(cè)，隨著 5G、AI、HPC 等新興應(yīng)用領(lǐng)域需求滲透，2035 年全球 Chiplet 市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 570 億美元，2018-2035 年 CAGR 為 30.16%。隨著中國(guó)大陸在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的產(chǎn)值占全球的比例不斷提升，國(guó)產(chǎn)廠商在2.5D、3D先進(jìn)封裝方面進(jìn)行了重要布局，并取得了一定的突破。

長(zhǎng)電科技：作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的封測(cè)企業(yè)之一，長(zhǎng)電科技在先進(jìn)封裝領(lǐng)域有著顯著的布局。2023年，在高性能先進(jìn)封裝領(lǐng)域，長(zhǎng)電科技推出的XDFOI Chiplet高密度多維異構(gòu)集成系列工藝已按計(jì)劃進(jìn)入穩(wěn)定量產(chǎn)階段。該技術(shù)是一種面向Chiplet的極高密度、多扇出型封裝高密度異構(gòu)集成解決方案，其利用協(xié)同設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了芯片成品集成與測(cè)試一體化，涵蓋2D、2.5D、3D集成技術(shù)。2023年6月，長(zhǎng)電微電子晶圓級(jí)微系統(tǒng)集成高端制造項(xiàng)目廠房正式封頂。該項(xiàng)目聚焦全球領(lǐng)先的2.5D/3D高密度晶圓級(jí)封裝等高性能封裝技術(shù)，面向全球客戶對(duì)高性能、高算力芯片快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，提供從封裝協(xié)同設(shè)計(jì)到芯片成品生產(chǎn)的一站式服務(wù)。2023年8月，長(zhǎng)電科技開工建設(shè)專業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片成品的先進(jìn)封測(cè)旗艦工廠，項(xiàng)目自開工以來全力加速建設(shè)，現(xiàn)已完成基礎(chǔ)設(shè)施的準(zhǔn)備并進(jìn)入全面施工階段，項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2025年上半年實(shí)現(xiàn)設(shè)備進(jìn)廠。

通富微電：通富微電在Chiplet等先進(jìn)封裝技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展，并已具備Chiplet量產(chǎn)能力。他們?yōu)槎鄠€(gè)國(guó)際客戶提供晶圓級(jí)和基板級(jí)Chiplet封測(cè)解決方案。臺(tái)積電所用的CoWoS是2.5D封裝的典型代表，通富微電同樣具有較強(qiáng)的技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)業(yè)化能力。通富微電2016年收購(gòu)AMD蘇州和檳城兩家工廠，與AMD形成“合資+合作”的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，承擔(dān)了AMD包括數(shù)據(jù)中心、客戶端、游戲和嵌入式等板塊80%以上的封測(cè)業(yè)務(wù)，并且雙方的合同已經(jīng)續(xù)簽到2026年。今年5月份，通富微電先進(jìn)封裝項(xiàng)目簽約落戶蘇錫通科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)。此外，通富微電于4月發(fā)布公告稱，擬收購(gòu)京隆科技26%的股權(quán)。京隆科技于2002年9月30日成立，是全球半導(dǎo)體最大專業(yè)測(cè)試公司京元電子在中國(guó)大陸地區(qū)的唯一測(cè)試子公司，服務(wù)領(lǐng)域包括晶圓針測(cè)、IC成品測(cè)試及晶圓研磨/切割/晶粒挑揀。

華天科技：作為半導(dǎo)體封裝行業(yè)的領(lǐng)先者，華天科技已經(jīng)掌握了FC、WB、FC+WB、FO、eSiFO、3D eSinC等封裝工藝。華天科技憑借其卓越的EMI屏蔽技術(shù)、分腔屏蔽技術(shù)以及創(chuàng)新的DSM（雙面塑封）封裝工藝，已經(jīng)成功克服了SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）中多個(gè)芯片高密度組合可能帶來的電磁干擾和兼容性問題，確保了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。華天科技同樣在先進(jìn)封裝領(lǐng)域進(jìn)行了深入布局。Chiplet在國(guó)內(nèi)剛剛起步，業(yè)界很多用于Chiplet的3D封裝技術(shù)都是以臺(tái)積電的3D fabric為藍(lán)本進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

但是，華天科技推出的eSinC技術(shù)屬于獨(dú)立自主開發(fā)的Chiplet封裝技術(shù)，無論是對(duì)公司打開Chiplet高端封裝技術(shù)領(lǐng)域，還是對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)展Chiplet產(chǎn)業(yè)都具有重大意義。

未來，在此技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合fine pitch RDL、hybrid bond、高級(jí)基板等平臺(tái)技術(shù)，可以進(jìn)一步提升封裝密度，建立完整的Chiplet封裝平臺(tái)。今年5月份，華天科技還在浦口經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)簽約落戶盤古半導(dǎo)體先進(jìn)封測(cè)項(xiàng)目。這是華天科技自2018年入駐南京以來，在該地區(qū)布局的第四個(gè)重要產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，累計(jì)投資總額已超過300億元。

總的來說，先進(jìn)封裝技術(shù)在AI領(lǐng)域的應(yīng)用正推動(dòng)著整個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)在這一領(lǐng)域的布局和突破也預(yù)示著其在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中將扮演越來越重要的角色先進(jìn)封裝不僅帶動(dòng)了封裝企業(yè)受益，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的設(shè)備材料企業(yè)也獲益匪淺。此外，先進(jìn)封裝的巨大市場(chǎng)還吸引了前道晶圓廠商向下游延伸，積極布局先進(jìn)封裝市場(chǎng)。

?04、晶圓代工廠與IDM廠商入駐先進(jìn)封裝

先進(jìn)封裝處于晶圓制造與封測(cè)中的交叉區(qū)域。先進(jìn)封裝更多在晶圓層面上進(jìn)行，采用前道制造方式來制作后道連接電路，工藝流程的相似性使得兩者使用設(shè)備也大致相同。

具體來講，先進(jìn)封裝技術(shù)要求在晶圓劃片前融入封裝工藝步驟，包括晶圓研磨薄化、線路重排（RDL）、凸塊制作（Bumping）及三維硅通孔（TSV）等工藝技術(shù)。這些工藝流程與前道制造方式的相似性，使得兩者使用的設(shè)備大致相同。例如，倒裝工藝需要采用植球、電鍍、光刻、蝕刻等前道制造的工藝，而2.5D/3D封裝TSV技術(shù)則需要光刻機(jī)、涂膠顯影設(shè)備、濕法刻蝕設(shè)備等。這種技術(shù)發(fā)展模糊了前后道設(shè)備之間的界限，催生了中道設(shè)備新賽道，為設(shè)備領(lǐng)域帶來了新的變局。先進(jìn)封裝偏向前道工藝，這使得晶圓代工廠與IDM廠商在該領(lǐng)域具有天然先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2021年，少數(shù)幾家IDM企業(yè)和晶圓代工廠加工了超過80%的先進(jìn)封裝晶圓。晶圓廠在前道制造環(huán)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)更豐富，能夠深入發(fā)展需要刻蝕等前道步驟的TSV技術(shù)，因而在2.5D/3D封裝技術(shù)方面較為領(lǐng)先。甚至很多先進(jìn)封裝工藝本身便是來自于前道晶圓大廠。臺(tái)積電、索尼、力成、德州儀器（TI）、SK海力士、聯(lián)電等也積極布局先進(jìn)封裝產(chǎn)能，進(jìn)一步加劇先進(jìn)封裝市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局。