1792
作者：丰宁
根据摩尔定律，芯片内部的晶体管数量每隔 18~24 个月翻番，同时性能提升一倍。随着半导体技术逐渐逼近物理极限，晶体管尺寸的微缩也越来越困难。
对此，业内普遍采取两大策略应对：一是深入研发更尖端的制程技术，二是积极探索创新封装方案，以期突破当前技术瓶颈。然而，随着半导体技术不断迈向纳米级别和更精细的领域，芯片的设计和制造变得越来越复杂，成本和时间投入也显著增加。根据IBS的统计及预测，从16nm到10nm，每10亿颗晶体管的成本降低了30.7%，从7nm到5nm成本下降了17.8%，而从5nm到3nm成本仅下降了4.2%。
在这一背景下，先进封装技术显得尤为重要。先进封装先进在哪里？它与传统封装相比又有哪些显著优势？
01、传统封装VS先进封装
传统封装是通常先将原片切割成单个芯片，再进行封装的工艺形式。其主要目的是保护芯片免受物理和化学环境的影响，并帮助芯片与外部电路进行连接。主要包括DIP、SOP、TO、LCC、QFP、WB BGA等封装形式。先进封装是指处于最前沿的封装形式和技术，主要包括倒装焊（Flip Chip）、晶圆级封装（WLP）、2.5D封装（Interposer）、3D封装（TSV）、SiP（System in Packag，系统级封装）、 Chiplet等。
各自的优点与缺点
传统封装具有技术成熟、成本较低以及可靠性更高的优点；然而它也面临着封装体积较大、电性能及热性能有限以及无法满足高端应用需求的缺点。先进封装具有尺寸小型化、高性能、高可靠性以及低成本的优点；与此同时它也面临着制造技术难度高、成本高的缺点。
传统封装技术成熟，成本较低，因此仍被广泛应用于对成本敏感或对性能要求不高的领域。先进封装由于其高性能和高集成度，广泛应用于各类芯片和下游高端应用中，其中包括人工智能、智能驾驶、AR/VR、HPC、手机通信、区块链等，应用芯片包括CPU/GPU、APU、DPU、MCU、ASIC、FPGA、存储、传感器、模拟芯片、光电子等。
02、先进封装技术，IDM和Foundry大厂走在前列
目前来看，在先进封装技术商业化方面，台积电起步最早，市场影响力也最大。台积电已相继推出了基板上晶圆上的芯片（Chip on Wafer on Substrate, CoWoS）封装、整合扇出型（Integrated Fan-Out, InFO）封装、系统整合芯片（System on Integrated Chips, SoIC）等；当前，火爆的 HBM 内存主要采用的就是台积电的 CoWoS 封装技术。
除了上述技术，台积电还在开发新的封装技术。据悉，该晶圆代工龙头已经组建了专门的团队，切入专业封装测试厂（OSAT）过去多年来一直开发的 FOPLP（Fan-out Panel Level Package）封装技术。台积电开发的 FOPLP 可以看作是矩形 CoWoS 封装，目前主要针对以英伟达为主的 AI GPU 领域，具有单位成本更低、封装尺寸更大等优势。
三星、英特尔也已投身新一代先进封装技术的开发工作。目前，三星自研的先进封装技术和服务包含 I-Cube（2.5D），以及 X-Cube（3D）等。三星的 I-Cube 封装技术有多个版本，其中，I-Cube S 是一种异构技术，将一块逻辑芯片与一组 HBM 裸片水平放置在一个硅中介层上，可实现高算力、高带宽数据传输及低延迟，I-Cube E 技术采用硅嵌入结构，拥有 PLP（面板级封装技术）大尺寸、无硅通孔结构的 RDL 中介层等特点。
H-Cube 是一种混合载板结构，将 ABF 载板和 HDI（高密度互连）技术相结合，可在 I-Cube 2.5D 封装中实现较大封装尺寸。今年7月，韩媒ETNews报道称，三星电子的AVP先进封装部门正在开发面向AI半导体芯片的“3.3D”封装技术，并计划于2026年第二季度实现量产。这一技术的开发不仅标志着三星在封装领域的技术突破，也可能为AI芯片市场带来革命性的变化。
据悉，三星电子设备解决方案（DS）部门最近进行了组织重组和人员扩充，以增强其封装竞争力。此举正值三星在半导体代工领域面临越来越大的挑战，特别是在封装领域，台积电十多年来一直在加强其地位。
英特尔正在推广其嵌入式多芯片互连桥（EMIB）2.5D 封装技术。结构简单、信号干扰低是 EMIB 的主要优势，应用这一技术，封装过程中无需制造覆盖整个芯片的硅中介层，以及遍布在硅中介层上的大量硅通孔，使用较小的硅桥在裸片间进行互联即可。与普通封装技术相比，EMIB 由芯片 I/O 至封装引脚连接并未发生变化，无需再通过硅通孔或硅中介层进行走线。这种架构和工艺，不仅可以降低不同裸片间的传输延时，还减少了信号传输干扰。
除此之外，日月光投控、安靠科技等传统 OSAT 大厂也在瞄准先进封装这一市场。日月光正在开发新的封装技术，如扇出型基板上晶圆封装 (Fan Out Chip on Substrate)。FOCoS为业界创新的系统级封装整合技术，是VIPack垂直互连整合封装平台的６大核心封装技术之一员，包含两种不同的工艺流程：Chip First (FOCoS-CF)和Chip Last (FOCoS-CL)，提供卓越的板级可靠性 (board level reliability)和电气性能，可以满足网络和人工智能应用整合的需求，提供更快、更大的数据吞吐量以及更高效能的运算能力。
去年12月，安靠科技表示，将斥资20亿美元在美国亚利桑那州皮奥里亚市建造一座新的先进半导体封装和测试设施，可创造多达2000个就业岗位，预计在未来两到三年内开始生产。该设施将为附近的台积电工厂生产的芯片进行封装和测试。
与此同时，随着美国芯片法案的拨款持续推进，安靠科技也成为大众关注的焦点之一，原因为：今年7月，美国拜登政府宣布，美国商务部和半导体封测大厂安靠签署了一份不具约束力的初步条款备忘录 （PMT）。美国商务部将根据《芯片与科学法案》提供高达 4 亿美元的拟议直接资金，以支持全美最大封装设施建设。该工厂预计将采用2.5D和3D封装技术，聚焦自动驾驶汽车、5G/6G智能手机和大型数据中心客户，并有望与台积电、苹果等形成共振。
03、国产厂商，积极布局
目前中国大陆地区的封装厂也在积极布局各类先进封装，并开发出了具有特色的新工艺，比如：国内传统OSAT厂商长电科技已经掌握了包括WLP、2.5D、3D、SiP等在内的全方位先进封装技术解决方案。长电科技推出的XDFOI Chiplet高密度多维异构集成系列工艺已进入稳定量产阶段，同时实现了国际客户4nm节点多芯片系统集成封装产品的出货。
近日，长电科技公布了2024年上半年的财报，显示公司在报告期内实现了营收154.87亿元，同比增长27.22%；归母净利润达到6.19亿元，同比增长24.96%；扣非归母净利润为5.81亿元，同比大幅增长53.46%。
通富微电总部位于江苏南通，公司与国际CPU/GPU大厂紧密合作，特别是与AMD的深度合作，构建了国内最完善的Chiplet封装解决方案。通富微电在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆叠等先进封装技术上具有优势。去年年初，通富微电表示，公司是AMD最大的封装测试供应商，占其订单总数的80%以上，未来随着大客户资源整合渐入佳境，产生的协同效应将带动整个产业链持续受益。
华天科技已掌握了 SiP、FC、TSV、Bumping、Fan-Out、WLP、3D 等集成电路先进封装技术。SiP封装技术方面，华天科技能够提供设计、仿真、封装及测试一站式完整解决方案、射频模组解决方案，可实现基于FOWLP，FC，WB，FC+WB等互连方式的SiP封装方案，可实现基于铜框架、树脂基板、陶瓷基板等SIP解决方案。上半年，华天科技营业总收入为67.18亿元，较去年同期增长32.02%，归属于上市公司股东的净利润2.23亿，较去年同期增长254.23%。
甬矽电子则专注于中高端先进封装的布局，其积极探索Chiplet技术，成功开发实现Multi-chip Fan-out（多芯片扇出晶圆级封装）及Fan-out chip FCBGA（FO-FCBGA）封装技术，同时布局加快推进2.5D/3D先进高阶晶圆级封装等技术。同时甬矽电子运用于运算、服务器等领域的大颗FCBGA产品已实现量产。上半年，甬矽电子实现营业收入16.29亿元，同比增长65.81%；毛利率在今年上半年稳步回升，整体毛利率达到18.01%，同比增加5.83个百分点；综合以上因素，公司2024年上半年实现扭亏为盈，归属于上市公司股东的净利润同比增加9100.47万元。
晶方科技作为全球第二大能为影像传感芯片提供WLCSP量产服务的专业封测服务商。拥有WLCSP、TSV等先进封装技术，同时具备8英寸、12英寸晶圆级芯片尺寸封装技术规模量产封装能力。上半年，晶方科技营业收入为5.4亿元，同比增长11.08%。归属于上市公司股东的净利润为1.1亿元，较上年同期增长43.67%；扣除非经常性损益后的净利润为9028万元，同比增长52.39%。
04、专业人士，在线发声！
近日，半导体产业纵横记者与业内专业人士围绕先进封装的发展趋势展开讨论，各方人士纷纷发表了独到而专业的见解。此前，中国半导体行业协会理事长陈南翔在接受中央广播电视总台CGTN专访时表示，封装技术的重要性恐怕都要超过晶圆制造技术的重要性 。也有人说：先进封装技术是“后摩尔时代”“超越摩尔”的重要路径。对于这句话，您怎么看？
云天半导体表示，先进封装通过2.5D/3D堆叠、异质集成等方式，在缩小体积、提升性能、降低功耗等方面发挥关键作用，封装技术已不再仅仅是“后端”的工艺，而是成为了推动半导体行业技术进步的重要驱动力。实际上，陈南翔的观点强调了封装技术在现代半导体产业中的核心地位，这是对产业趋势的深刻洞察。
先进封测的主要市场需求来自哪些应用领域？
锐杰微表示，当前先进封装从应用规模看，主要应用场景有三类领域：算力、高带宽存储和高速联接。先进封装具有的特点是：寄生参数小、互联路径短、传输阻抗连续性好；单位面积互联密度、带宽、bump、I/O密度高，每bit传输功率、互联功耗低；介质材料的介电常数低、正切功率损耗角低；封装尺寸弹性高、可以支持跨度较大的TDP的需求。这些特点，很好契合算力、高带宽存储和高速联接应用场景对高性能的追求，以及满足散热功耗要求。
如何看待全球半导体封测市场的竞争格局？
有业内人士指出，就当前的市场情形而言，部分头部的 IDM 和 Foundry 厂与 OSAT 正处于错位竞争的态势。其中，前者着力于 2.5D/3D 堆叠技术的探索与突破，后者则在倒装、扇出以及晶圆级封装等领域深耕细作。值得注意的是，尽管竞争策略各异，但整个半导体封测市场正朝着先进封装这一共同目标迈进。随着芯片设计复杂度的不断提升和应用场景的日益多样化，先进封装技术成为了提升产品竞争力的关键。
与国际巨头相比，中国封测企业有哪些优势和劣势？
锐杰微表示，依据统计数据，截止2023年，中国大陆的封测市场总规模占据全球封测市场的48%。从封测市场的结构占比看，全球先进封测市场结构占比为49.6%，中国大陆先进封测结构占比为20%。从以上数据中可以看出，中国大陆市场虽然占据全球市场规模的半壁江山，中国大陆市场对先进封测的需求度不足，尤其是缺乏具有较大规模的标杆群体客户，造成了中国大陆的封测企业在该领域的创新动力和投入有待提高。另外，中国大陆封测企业对人才重视程度不足，缺乏培养人才的系统性、阶梯性环境和投入，总体上中国大陆封测企业处在大而不强的阶段。中国封测企业的优势是拥有世界上最大的市场依托，企业竞争意识强，市场响应迅速，在技术、装备、产能等方面迭代快。
未来中国封测企业的机会在哪里？
云天半导体表示，本土封测企业在高端封装技术上的积累相对薄弱，特别是在先进封装（如2.5D/3D IC封装、扇出型封装等）领域，还有很多的路要探索。
未来，机遇或许在于加大研发投入，力求在先进封装技术上实现突破，从而尽快在先进封装领域完成国产化，整合产业链资源，进而提升中国企业的整体竞争力与市场抗风险能力。业内人士则从应用端切入并表达了他的想法：大家都在说的AI的范围还是相对大了一点，若要再聚焦一点，那这一应用领域当属数据中心。首先从需求端来看，数据中心的搭建需要用到大量高算力的CPU和GPU，因为这些高性能芯片是支撑数据中心高效运作的关键所在。
再从供应端来看，高集成度、高带宽、高传输速率正是当前先进封装所解决的问题。再从市场的角度来看，最近两年不管是政府还是运营商采购，都在向自主化方向倾斜，这对于中国封测企业而言，无疑是一个重要的契机。
随着自主化进程的推进，国内对芯片的需求将更加注重本土供应链的稳定和可靠。封测企业可以积极参与到国内芯片产业的自主化建设中，与芯片设计企业和制造企业紧密合作，共同打造完整的自主化产业链。
再看产能，随着数据中心规模的不断扩大，市场对芯片的需求量也将持续增长。中国封测企业凭借本土优势和成本优势，可以更好地满足国内数据中心建设的需求，拓展市场份额。陈南翔表示，中国芯片产业目前还没有达到爆发式增长，但那一天终究会到来，未来3-5年将看到这一进步。他相信，凭借不断增长的人才基础和长远的考虑，国内产业能够在竞争激烈的全球市场中蓬勃发展，而且在未来集成电路产业的发展中一定正孕育着一个巨大的成功模式。
05、先进封装项目，正遍地开花
先进封装分析师称，AI带动先进封装的需求持续强劲，先进封装未来有希望成为全球封测市场的核心增长驱动。目前整体CoWoS产能持续紧缺。台积电预估2024~2025年整体CoWoS产能都将实现倍增，2025年供应紧张程度会有一定缓解。
2023年先进封装全球市场规模达到439亿美元，预计2024年市场规模将增长到492亿美元，同比增长达12%；预计2028年市场规模将达到724亿美元，2022~2028年的复合增速接近9%。与此同时，国内封测厂商也在加紧布局先进封装技术，先进封装项目遍地开花。
近日，江苏芯德半导体科技股份有限公司宣布，扬州晶圆级芯粒先进封装基地项目于8月8日主体结构顺利封顶。芯德科技指出，作为一座专注于2.5D/3D等尖端先进封装技术的现代化智能制造工厂，扬州基地的即将投入使用显著增强了公司先进封装领域的竞争优势。据悉，芯德科技成立于2020年9月，公司拥有集成电路和先进封装两个事业部，目前可为客户提供Bumping、WLCSP、Flip Chip PKG、QFN、BGA、SIP、SIP-LGA、2.5D的封装产品设计和服务。
近日，松山湖佰维存储晶圆级封测项目正式动工开建，预计将于2025年全面投产。据悉，松山湖佰维存储晶圆级封测项目由深圳佰维存储科技股份公司子公司广东芯成汉奇半导体技术有限公司投资建设，项目用地已于今年5月30日成功摘牌。用地面积约102亩，总投资30.9亿元，专注于晶圆中段制造和测试，高带宽存储内存封测技术研发，提供12英寸晶圆凸块（bumping）、再布线加工(RDL)和2.5D/3D等封测服务。一期投资额约为12.9亿元，规划先进晶圆级封装8万片/年，二期投资额为18亿元，将于2025年全面投产。该项目主要打造晶圆级先进封测基地，提供全方位的先进封装测试服务，助力东莞集成电路产业规模扩张与技术水平跃升。
近期，芯植微“年封装12万片晶圆级先进封装项目”开工仪式在嘉兴南湖顺泽路677号举行。嘉兴南湖工厂的动工标志着芯植微正式进军显示驱动芯片封测行业，并努力将嘉兴南湖工厂打造成技术领先、服务优质的先进封测产业基地。芯植微电晶圆级先进封装项目实施主体为浙江芯植微电子科技有限公司，成立于2023年12月，致力于先进封测技术的应用与研究，已掌握了bumping、RDL、TSV等先进封装的工艺方法。该项目总投资15亿，其中一期投资2.5亿建设年封装 12 万片12寸芯片生产线一条，建筑面积13586㎡。二期拟使用土地面积60亩，实现年封装72万片芯片先进封装全流程封测的生产能力。
可以看到，中国先进封装行业正处于快速发展的阶段，随着技术进步和市场需求的增加，该行业未来的发展前景广阔。
下载ECAD模型
