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芯片制裁下,国内先进封装、3D工艺或成重点!

4小时前
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在讲先进封装这个内容之前,我们想说一个耳熟能详的事情。

苹果于3月9日公布其迄今最强自研电脑芯片M1 Ultra,它将两个M1 Max芯片拼在一起,使得芯片各项硬件指标直接翻倍,这背后的关键技术即是苹果创新定制的封装架构UltraFusion。

具体的技术实现我们先不谈,至少是目前国内对抗制裁的有效方式之一,目前限制为国内7nm及其以下制程的芯片代工,知道意味着什么吗?

意味着但凡先进制程的芯片都没有办法拿到产能,没法量产,没法量产就更谈不上大规模商业化了,这对大部分公司是致命的。说实话,现在大部分公司还是靠着讲故事拿融资存活着,当真正市场环境恶劣到一定程度时候,这些公司会是最先暴雷的。

先进封装技术,可以类比苹果的芯片拼装技术,国内可以在10nm制程可以量产的情况下,通过封装2个10nm芯片,达到5nm的效果(当然这是理想状态下,要走的路还很漫长)。

当最新制裁信息出来之后,国内互联网造芯头部企业,快速开始招聘3D工艺相关专家,头部车轨芯片企业也在做相应的招聘,另外还有不少企业招聘,如果对这方面感兴趣的可以联系我,聊聊相关的机会。

言归正传,下面内容我重点说一下先进封装技术,供参考和学习!

先进封装本质目的是增加触点连接,以代替制程提升。量子隧穿效应导致先进制程的研发制造成本过高,而良率过低,先进封装技术能够弥补制程提升的困难。先进封装技术的本质为提升连接效率。其中,重布线层技术(RDL)重新布局裸片 I/O 触点,支持更多、更密引脚,广泛用于晶圆级封装(WLP);硅通孔技术(TSV)通过将芯片的焊点打穿、在通孔里填充金属材料实现芯片与芯片、芯片与基板的垂直连接,是 2.5D和 3D 封装的关键解决方案;凸块技术使用凸点(bump)代替传统引线,增加触点、缩小传输距离和电阻;混合键合技术(Hybrid Bonding)通过将芯片或晶圆平面上的铜触点抛光后进行退火处理,使得连接平面完全贴合,以无凸点(Bumpless)的方式缩减连接距离和散热能力。

先进封装对制造设备精度、无尘环境、测试精度要求极高。技术升级方向为增加连接效率(如使用玻璃基板代替有机基板)和降低成本(如使用“硅桥”代替硅中介层)。

先进封装赋能高速计算算力需求提升,先进封装产能供不应求。先进封装主要通过两方面提升逻辑芯片的算力:一、提升处理器集成度,从而提升性能;二、提升处理器和存储器间的连接带宽、减小连接功耗,从而解决“内存墙”和“功耗墙”,提升芯片算力。随着 AI 大语言模型市场的发展,模型训练和推理应用所需算力不断提升;国内新入局 AI企业众多,智算芯片需求旺盛。

根据 IDC,至 2026 年,国内智算规模可达 2023 年的 3 倍。与此同时,供给端高性能 GPU 产能明显不足,先进封装产能成为主要瓶颈。2023 年 8 月,英伟达表示计划 2024 年将H100 产能拉高至少 3 倍。2023 年 9 月,台积电表示 CoWoS 产能只能尽量满足客户 80%的需求。先进封装发展前景、国产替代空间广阔。

先进封装行业壁垒高,专业封测厂商不具优势;海外龙头加速扩产,国内企业追赶。先进封装行业壁垒高,且相比 OSAT 厂,Fab 厂和 IDM 厂更具优势,主要原因有两点:第一,技术精度高,且高度依赖晶圆制造技术、与芯片设计环节的协同,例如重布线层(RDL)、硅通孔(TSV)、混合键合(HB)需要在裸晶本体上进行线路设计、刻蚀、电镀,晶圆厂在技术和硬件方面更有优势;第二,晶圆厂主导了先进封装领域的技术路线和订单分配,封装厂需要与上游厂商密切合作以获取订单。面对高增需求,海外龙头加大扩产力度,但扩产难度大、周期长。

台积电、三星、英特尔、日月光纷纷增加先进封装产线,但由于上游设备供应不足等原因,扩产周期普遍达 2-3 年。与此同时,国内龙头积极布局先进封装领域。长电科技聚焦 XDFOI 新技术、2.5D/3D 技术的量产;通富微电聚焦消化高端 CPU、GPU 封装产能,现已涉及 AMDMI300 的封装;甬矽电子积极研发 Fan-in/Fan-out、2.5/3D 晶圆级封装相关技术,并大力建厂扩产,未来营收增长空间广阔。

当前现状是,先进封装需求高增,产能紧缺,各海外龙头加大扩产力度,但扩产普遍难度大、周期长。以台积电为代表的晶圆代工厂,英特尔、三星为代表的 IDM 厂商,以及以日月光为主的 OSAT 厂商纷纷增加先进封装产线。先进封装上游设备供应不足等原因导致扩产速度较慢,新建工厂普遍需要 2-3 年才能量产。台积电采购的 CoWoS 设备需要超过 6 个月才能交付,先进封测七厂预计至 2027 年 Q3 才能量产。短期内先进封装产能缺口无法解决,将持续制约高算力芯片出货量。

再看看国内企业,国内龙头正在积极布局先进封装领域,代表有长电科技、通富微电等。国内先进封装产业起步较晚,技术较为落后,主要承接高性能芯片封装的后道工艺。近年高性能芯片封装产能缺口加大,国内封测厂纷纷布局先进封装。国内龙头长电科技聚焦 XDFOI 新技术、2.5D/3D 技术的量产;通富微电利用与 AMD 的密切关系及自身 Chiplet 技术优势扩产消化高端 CPU、GPU 封装产能,现已涉及 AMDMI300 的封装;甬矽电子积极研发Bumping、RDL 等技术,展望 Fan-in/Fan-out,2.5/3D 晶圆级封装,并大幅建厂扩产,营收增长空间广阔。先进封装国产替代发展空间大,看好国内龙头。

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