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作者：鹏程
近日，先进封装相关项目传来新的动态，涉及华天科技、通富微电、盛合晶微等企业。频繁的项目动态刷新和先进封装技术的不断涌现，不断吸引着业界关注。
在摩尔定律发展趋缓的大背景下，通过先进封装技术来满足系统微型化、多功能化，成为集成电路产业发展的新趋势。随着先进封装技术的声名鹊起，引来一众行业厂商群雄竞逐。封测产业在半导体产业链中的地位愈发重要，有望成为集成电路产业新的制高点，同时也将迎来更多发展机遇。
01、封装技术发展和先进封装技术的兴起
自1947年美国电报电话公司（AT&T）发明第一只晶体管以来，半导体封装技术便随之诞生。最初，封装的主要目的是将微小的半导体晶粒保护起来，防止其受到外界环境的污染和损坏，同时提供电气连接以实现在电路中的功能。
在20世纪50年代，半导体封装技术主要以TO（小型晶体管外壳）封装为主，它使用陶瓷或金属作为外壳材料，具有三根引脚，用于连接电路和提供电气接口。这种封装形式虽然简单，但为后续的封装技术发展奠定了基础。
进入20世纪60年代，随着中小规模集成电路技术的迅速发展，半导体封装技术也迎来了重要的转折点。为了适应集成电路晶粒上晶体管数量的增加和I/O数量的提高，封测企业开发出了DIP（双列直插式封装）封装形式。
到了20世纪70-80年代，随着大规模集成电路（LSI）技术的出现和表面贴装技术（SMT）的发展，半导体封装技术迎来了新的变革。荷兰飞利浦公司率先开发出第一代适用于SMT工艺的扁平封装形式——SOP（小外形封装）。
扁平封装技术的发展，不仅满足了集成电路技术发展的需求，也为后续先进封装技术的创新提供了思路。20世纪90年代球型矩阵封装的出现，满足了市场对高引脚的需求，改善了半导体器件的性能。随着科技的不断进步，电子产品的功能越来越强大，但体积却越来越小。这种趋势对电子封装技术提出了更高的要求。传统的封装方式已经无法满足现代电子产品的需求，因此，先进封装技术应运而生。
先进封装技术的起源可以追溯到20世纪90年代。当时，集成电路的规模越来越大，晶体管的数量已经达到了数百万甚至数千万级别。传统的封装方式已经无法满足大规模集成电路的封装需求，因此，一些先进的封装技术开始被研发出来。进入21世纪后，随着5G、自动驾驶汽车、物联网等新兴技术的发展，对半导体封装技术提出了更高的要求。
先进封装技术包括晶圆级封装（WLCSP）、3D堆叠封装、系统级封装（SiP）等多种形式。其中，WLCSP技术通过在同一封装中实现多个集成电路的异质结合和存储芯片堆叠，显著提高了封装密度和性能。3D堆叠封装技术则通过将多个芯片正面朝下放置在彼此的顶部，实现了更高的集成度和更快的信号传输速度。SiP技术则通过将多个功能不同的芯片封装在一个封装体内，实现了系统级的功能集成和简化。
02、后摩尔时代，先进封装大有可为
随着摩尔定律日渐趋缓，芯片先进制程提升的速度放慢，在后摩尔定律时代，先进封装成为提升系统整体性能的重要突破口，行业开始由之前的“如何把芯片变得更小”转变为“如何把芯片封得更小”，先进封装成为半导体行业发展的重点方向。传统封装的功能主要在于保护芯片、电气连接，先进封装则在此基础上增加了提升功能密度、缩短互联长度、进行系统重构三项新功能。
先进封装是在不考虑提升芯片制程的情况下，努力实现芯片体积的微型化、高密度集成，同时降低成本，这种技术的提升符合高端芯片向更小尺寸、更高性能、更低功耗方向演进的趋势。
先进封装主要朝两个方向发展，第一是向上游晶圆制程领域发展（晶圆级封装），直接在晶圆上实施封装工艺，主要技术有Bumping、TSV、Fan-out、Fan-in 等；第二是向下游模组领域发展（系统级封装），将处理器、存储等芯片以及电容、电阻等集成为一颗芯片，压缩模块体积，提升芯片系统整体功能性和灵活性，主要技术包括采用了倒装技术（FC）的系统级封装产品。
先进封装技术通常采用更可靠的材料和工艺，如使用先进的绝缘材料和密封技术，以确保封装体的稳定性和可靠性。这些技术可以降低封装体因环境因素（如温度、湿度等）引起的失效风险。先进封装技术还允许将不同类型的芯片和组件集成在一起，形成异质集成。这种灵活性使得设计人员可以根据需要选择最佳的芯片和组件组合，以满足特定的性能需求。
虽然先进封装技术的初期投资可能较高，但长期来看，它可以降低整体制造成本。通过提高集成度和优化性能，先进封装技术可以减少所需的芯片和组件数量，从而降低材料成本。此外，先进封装技术还可以提高生产效率，进一步降低制造成本。
03、AI成先进封装新动能， 国产封测大厂扩产布局
随着AI芯片需求的增加，先进封装技术在提高芯片性能方面发挥着关键作用。这些技术不仅提升了芯片的传输和运算速度，还实现了芯片整体性能的提升，使得芯片能够实现高密度集成、体积微型化以及成本降低。这主要是因为摩尔定律的放缓，使得单纯依靠先进制程来提升算力性价比越来越低。AI 及高性能运算芯片厂商目前主要采用的封装形式之一是台积电CoWos。
据台积电预计，AI加速发展带动先进封装CoWos需求快速增长，目前其CoWos产能供应紧张，2024-2025 年将扩产，2024年其CoWos产能将实现倍增。其中，由于CoWoS设备交期仍长达8个月，公司11月通过整合扇出型封装（InFO）改机增加CoWoS月产能至1.5万片；客户端，英伟达占台积电CoWoS总产能比重约40%，AMD占比约8%。
目前，台积电以外的供应链可增加20%CoWos产能。近年来国内外大厂积极推出相关产品，比如AMD Milan-X、英伟达 H100、苹果M1 Ultra、英特尔Sapphire Rapids、华为鲲鹏920 等。同时，随着Chiplet 进一步催化先进封装向高集成、高 I/O 密度方向迭代，驱动国际巨头企业不断加码先进封装领域。据 Yole 数据，2026 年先进封装全球市场规模475亿美元，2020-2026年复合年均增长率（CAGR）约7.7%。
据 Omdia预测，随着 5G、AI、HPC 等新兴应用领域需求渗透，2035 年全球 Chiplet 市场规模有望达到 570 亿美元，2018-2035 年 CAGR 为 30.16%。随着中国大陆在先进封装领域的产值占全球的比例不断提升，国产厂商在2.5D、3D先进封装方面进行了重要布局，并取得了一定的突破。
长电科技：作为国内领先的封测企业之一，长电科技在先进封装领域有着显著的布局。2023年，在高性能先进封装领域，长电科技推出的XDFOI Chiplet高密度多维异构集成系列工艺已按计划进入稳定量产阶段。该技术是一种面向Chiplet的极高密度、多扇出型封装高密度异构集成解决方案，其利用协同设计理念实现了芯片成品集成与测试一体化，涵盖2D、2.5D、3D集成技术。2023年6月，长电微电子晶圆级微系统集成高端制造项目厂房正式封顶。该项目聚焦全球领先的2.5D/3D高密度晶圆级封装等高性能封装技术，面向全球客户对高性能、高算力芯片快速增长的市场需求，提供从封装协同设计到芯片成品生产的一站式服务。2023年8月，长电科技开工建设专业大规模生产车规级芯片成品的先进封测旗舰工厂，项目自开工以来全力加速建设，现已完成基础设施的准备并进入全面施工阶段，项目预计于2025年上半年实现设备进厂。
通富微电：通富微电在Chiplet等先进封装技术方面取得了重要进展，并已具备Chiplet量产能力。他们为多个国际客户提供晶圆级和基板级Chiplet封测解决方案。台积电所用的CoWoS是2.5D封装的典型代表，通富微电同样具有较强的技术储备和产业化能力。通富微电2016年收购AMD苏州和槟城两家工厂，与AMD形成“合资+合作”的战略合作伙伴关系，承担了AMD包括数据中心、客户端、游戏和嵌入式等板块80%以上的封测业务，并且双方的合同已经续签到2026年。今年5月份，通富微电先进封装项目签约落户苏锡通科技产业园区。此外，通富微电于4月发布公告称，拟收购京隆科技26%的股权。京隆科技于2002年9月30日成立，是全球半导体最大专业测试公司京元电子在中国大陆地区的唯一测试子公司，服务领域包括晶圆针测、IC成品测试及晶圆研磨/切割/晶粒挑拣。
华天科技：作为半导体封装行业的领先者，华天科技已经掌握了FC、WB、FC+WB、FO、eSiFO、3D eSinC等封装工艺。华天科技凭借其卓越的EMI屏蔽技术、分腔屏蔽技术以及创新的DSM（双面塑封）封装工艺，已经成功克服了SiP（系统级封装）中多个芯片高密度组合可能带来的电磁干扰和兼容性问题，确保了产品的稳定性和可靠性。华天科技同样在先进封装领域进行了深入布局。Chiplet在国内刚刚起步，业界很多用于Chiplet的3D封装技术都是以台积电的3D fabric为蓝本进行技术创新。
但是，华天科技推出的eSinC技术属于独立自主开发的Chiplet封装技术，无论是对公司打开Chiplet高端封装技术领域，还是对国内发展Chiplet产业都具有重大意义。
未来，在此技术基础上进一步结合fine pitch RDL、hybrid bond、高级基板等平台技术，可以进一步提升封装密度，建立完整的Chiplet封装平台。今年5月份，华天科技还在浦口经济开发区签约落户盘古半导体先进封测项目。这是华天科技自2018年入驻南京以来，在该地区布局的第四个重要产业项目，累计投资总额已超过300亿元。
总的来说，先进封装技术在AI领域的应用正推动着整个行业的快速发展，国内企业在这一领域的布局和突破也预示着其在全球半导体市场的竞争中将扮演越来越重要的角色先进封装不仅带动了封装企业受益，产业链上下游的设备材料企业也获益匪浅。此外，先进封装的巨大市场还吸引了前道晶圆厂商向下游延伸，积极布局先进封装市场。
04、晶圆代工厂与IDM厂商入驻先进封装
先进封装处于晶圆制造与封测中的交叉区域。先进封装更多在晶圆层面上进行，采用前道制造方式来制作后道连接电路，工艺流程的相似性使得两者使用设备也大致相同。
具体来讲，先进封装技术要求在晶圆划片前融入封装工艺步骤，包括晶圆研磨薄化、线路重排（RDL）、凸块制作（Bumping）及三维硅通孔（TSV）等工艺技术。这些工艺流程与前道制造方式的相似性，使得两者使用的设备大致相同。例如，倒装工艺需要采用植球、电镀、光刻、蚀刻等前道制造的工艺，而2.5D/3D封装TSV技术则需要光刻机、涂胶显影设备、湿法刻蚀设备等。这种技术发展模糊了前后道设备之间的界限，催生了中道设备新赛道，为设备领域带来了新的变局。先进封装偏向前道工艺，这使得晶圆代工厂与IDM厂商在该领域具有天然先发优势。
根据Yole的数据，2021年，少数几家IDM企业和晶圆代工厂加工了超过80%的先进封装晶圆。晶圆厂在前道制造环节的经验更丰富，能够深入发展需要刻蚀等前道步骤的TSV技术，因而在2.5D/3D封装技术方面较为领先。甚至很多先进封装工艺本身便是来自于前道晶圆大厂。台积电、索尼、力成、德州仪器（TI）、SK海力士、联电等也积极布局先进封装产能，进一步加剧先进封装市场竞争格局。
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