?先進封裝，兵家必爭之地

在半導體產業(yè)的歷史長河中，戈登·摩爾是一個不可或缺的名字。去年 3 月，戈登·摩爾逝世于夏威夷的家中，享耆壽 94 歲。由他提出的摩爾定律在引領半導體行業(yè)發(fā)展近 60 年后，也逐漸走向極限。

摩爾定律預測，集成電路上的晶體管數(shù)量每隔約 18 個月就會翻倍，與此同時，芯片的性能也會持續(xù)提升。然而，隨著芯片尺寸的不斷縮小，業(yè)界開始面臨前所未有的挑戰(zhàn)。有聲音開始質疑，「摩爾定律是否已經(jīng)走到盡頭？」

總有人相信，摩爾定律未死。業(yè)界巨頭如臺積電、英特爾和三星等公司并未放棄，持續(xù)投入大量資金、人力和資源，希望在這場納米尺度的芯片戰(zhàn)爭中取得勝利。

在這場戰(zhàn)爭中，有人不斷研發(fā)新的晶體管架構，GAAFET 和 CFET 紛紛出現(xiàn)。與此同時，有人大手筆引入 EUV 光刻機，大包大攬就希望能夠快人一步。還有人，在積極探索新興的半導體材料，如過渡金屬二硫族化合物和納米碳管，希望從材料方面獲得更多啟示。

在推摩爾定律的路上，總是充滿荊棘。隨著資金的投入和工藝制程的復雜，很多人意識到，只是單純依靠縮小晶體管來提高芯片性能，已經(jīng)走到了困境。有人提出：如何在不縮小晶體管的情況下，提升芯片整體性能？關鍵技術在于先進封裝。

先進封裝，如同一座金礦，引得各路英雄競折腰。

先進封裝發(fā)展到哪里了？

現(xiàn)階段先進封裝主要是指倒裝焊（Flip Chip）、 晶圓級封裝（WLP）、2.5D 封裝（Interposer）、3D 封裝（TSV）等。

咨詢公司 YoleIntelligence 稱，未來，全球先進芯片封裝市場預計將從 2022 年的 443 億美元增長到 2027 年的 660 億美元。在 660 億美元中，3D 封裝預計將占四分之一左右，即 150 億美元。

全球前十的封測廠商中，分別是中國臺灣地區(qū)的日月光控股、力成科技、京元電子、欣邦、南茂，中國大陸地區(qū)是長電科技、通富微電子、華天科技、智路封測，美國是安靠。

日月光長期坐穩(wěn)封測第一的寶座，市占率達到 27.6%。日月光正在從自身的封裝技術出發(fā)，開始發(fā)展出 2.5D 及 3D 先進封裝技術。力成科技最近表示，已與華邦電子簽訂合作開發(fā) 2.5D（Chip on Wafer on Substrate）/3D 先進封裝業(yè)務之合作意向書，決定共同攜手進軍先進封裝業(yè)務。

國內封測 Top 3，長電科技、通富微電和華天科技也在發(fā)力先進封裝。目前長電科技已經(jīng)覆蓋 SiP、WL-CSP、2.5D、3D 等，同時 XDFOI Chiplet 高密度多維異構集成系列工藝已按計劃進入穩(wěn)定量產階段。通富微電擁有多樣化 Chiplet 封裝解決方案，已具備 7nm、5nm、Chiplet 等先進技術優(yōu)勢。華天科技同樣已經(jīng)具備 5nm 芯片的封裝技術，Chiplet 封裝技術也已量產。

除去封測廠商外，臺積電、三星、英特爾都希望先進封裝能夠成為自己手中的尖刀。

臺積電為先進封裝準備已久。在張忠謀于 2011 年重返公司之后，就下定決心要做先進封裝。不過由于是半路出家，臺積電先進封裝做得不算順利。在當初引起關注的「扇出型晶圓級封裝」中，英特爾、三星分列專利數(shù)第二、三位，臺積電甚至沒進前十。

不過，臺積電小試牛刀推出了 CoWoS 技術。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。理論上，CoWoS 可以讓處理器減掉多達 70% 的厚度。

這個技術首先在 Xilinx 的 FPGA 上做了實現(xiàn)，而基于此衍生的 InFO 封裝則在蘋果處理器上大放異彩，并從此讓臺積電的封裝名揚天下。

蒼天不負有心人，自 AI 浪潮的開始，高性能計算和人工智能市場的快速增長，驅動了 AMD、英偉達都在爭搶臺積電先進封裝產能，尤其是 CoWoS 產能。到了現(xiàn)在，臺積電的先進封裝技術包括了 TSMC-SoIC、CoWoS 和 InFO。

三星同樣將先進封裝看作延續(xù)摩爾定律的鑰匙。三星半導體的先進封裝（AVP）技術包括：I-Cube、X-Cube。

I-Cube 是一種 2.5D 封裝技術，通過將單個邏輯芯片層和多個堆疊式存儲器芯片層水平并排放置并集成，實現(xiàn)出色的速度和散熱性能。I-Cube 采用三星的硅通孔（TSV）和后道工序（BEOL）技術，讓多個芯片各自的專門功能和諧并存，從而提高效率。根據(jù)所用中介層的不同類型，I-Cube 可細分為 I-CubeS 和 I-CubeE。

X-Cube 是一種 3D 封裝技術。這種 3D 封裝技術通過垂直堆疊組件來提高性能，與傳統(tǒng)封裝技術相比，可縮短互連線長度，并節(jié)省大量片上空間。X-Cube 技術能夠兼顧高性能與低成本、高帶寬與低功耗。

英特爾在先進封裝方面也研究了好幾種方式，部分已經(jīng)得到廣泛應用，比如 EMIB、Foveros，部分已經(jīng)準備就緒，比如 Foveros Omni、Foveros Direct。

EMIB 意思是「嵌入式多芯片互連橋接」，原理就像蓋四合院，把不同的芯片放在同一塊平面上相互連接。傳統(tǒng)的 2.5D 封裝是在芯片和基板間的硅中介層上進行布線，EMIB 則是通過一個嵌入基板內部的單獨的芯片完成互連，可將芯片互連的凸點間距縮小到 45 微米，改善設計的簡易性，并降低成本。

Foveros 是 3D 封裝技術，原理上也不復雜，就是在垂直層面上，一層一層地堆疊獨立的模塊，類似建摩天大樓一樣。就像大廈需要貫通的管道用于供電供水，F(xiàn)overos 通過復雜的 TSV 硅穿孔技術，實現(xiàn)垂直層面的互連。

先進封裝，紛紛擴產

由于芯片短缺和地緣政治緊張局勢，先進封裝變得更加重要。2022 年先進封裝市場約占整個集成電路封裝市場的 48%，而且市場份額還在穩(wěn)步提升。封裝這條路，從傳統(tǒng)封裝走向先進封裝，從舊技術走向新技術，這本應該是順滑過渡，但 2023 年 AI 訂單需求的增加，對于先進封裝的需求遠遠大于現(xiàn)有產能。

在 AI 的浪潮之下，先進封裝領域需求正在呈現(xiàn)水漲船高的局面。這就帶來了先進封裝的產能告急。英偉達等 HPC 客戶訂單旺盛，客戶要求臺積電擴充 CoWoS 產能，導致臺積電先進封裝 CoWoS 產能吃緊，缺口高達一至二成。

面對產能吃緊，不少企業(yè)紛紛宣布擴產。

首先來看臺積電。在先進封裝產能供不應求的情況下，臺積電去年 8 月宣布斥資 900 億元新臺幣（約合人民幣 206 億元），在竹科轄下銅鑼科學園區(qū)設立生產先進封裝的晶圓廠，預計創(chuàng)造約 1500 個就業(yè)機會。

臺積電總裁魏哲家之前曾在法說會提到，臺積電已積極擴充 CoWoS 先進封裝產能，希望 2024 年下半年后可舒緩產能吃緊壓力。據(jù)了解，臺積電已在竹科、中科、南科、龍?zhí)兜鹊財D出廠房空間增充 CoWoS 產能，竹南封測廠亦將同步建置 CoWoS 及 TSMC SoIC 等先進封裝生產線。

在今年，臺積電的產能將比原定倍增目標再增加約 20%，達 3.5 萬片——換言之，臺積電 2024 年 CoWoS 月產能將同比增長 120%。為了應對溢出的先進封裝產能，臺積電還委外給日月光承接相關訂單，推升日月光高端封裝產能利用率激增。

再來看英特爾。英特爾選擇在馬來西亞擴張自己的先進封裝。英特爾副總裁兼亞太區(qū)總經(jīng)理 Steven Long 表示，目前英特爾正在馬來西亞檳城興建最新的封裝廠，強化 2.5D/3D 封裝布局。這將是繼英特爾新墨西哥州及奧勒岡廠之后，首座在美國之外采用英特爾 Foveros 先進封裝架構的 3D 封裝廠。

英特爾表示，其規(guī)劃到 2025 年 3D Foveros 封裝的產能將達到當前水平的四倍，屆時檳城新廠將會成為英特爾最大的 3D 先進封裝據(jù)點。此外，英特爾還將在馬來西亞另一居林高科技園區(qū)興建另一座組裝測試廠。未來英特爾在馬來西亞的封測廠將增至六座。

作為封測龍頭的日月光也宣布擴產。除了前文提到，日月光已經(jīng)接受部分臺積電的溢出產能外。日月光在去年 12 月底，已經(jīng)宣布大舉投資先進封裝產能，其子公司將以承租同集團臺灣福雷電子高雄楠梓廠房的方式，擴充封裝產能。有機構預測，2023 年里日月光在封測方面的資本支出，60% 都投向了先進封裝。

在 2023 年的先進封裝激烈競爭中，有一個國家不得不提——美國。2023 年 11 月，美國公布了《芯片法案》的首項研發(fā)投資，劍指先進封裝業(yè)。

美國將投資大約 30 億美元，專門用于資助美國的芯片封裝行業(yè)。這項投資計劃的官方名稱為「國家先進封裝制造計劃」，其資金來自《芯片法案》中專門用于研發(fā)的 110 億美元資金，與價值 1000 億美元的芯片制造業(yè)激勵資金池是分開的。

美國商務部表示，美國的芯片封裝產能只占全球的 3%，因此美國制造的芯片往往需要運到海外進行封裝。砸錢買封裝，美國想補齊自己的封裝短板。

美國自家的企業(yè)安靠出來站臺。在去年 12 月，宣布斥資 20 億美元在美國亞利桑那州皮奧里亞市建造一座先進封裝廠。蘋果也表示大力支持，官方宣布將成為半導體封裝大廠 Amkor（安靠）位于美國亞利桑那州 Peoria 新封測廠第一個，也是最大客戶。

先進封裝，只是開始

在國內封測龍頭長電科技的全球供應商大會上，其 CEO 鄭力再談先進封裝領域進展，表示：「10 月份，我們和全球知名 HPC 芯片客戶見面并形成共識，當下所謂的 2.5D Chiplet 先進封裝技術，還存在很多物理性能、電性能、可靠性能方面的問題，目前只是一個開始，還沒有到達終點，也沒有到成熟定論的階段。這就給封測企業(yè)提出一個非常大的題目，至少有 5、6 種技術路徑都需要投入開發(fā)，需要大量的資金和人力?！?/p>

根據(jù) Frost&Sullivan 預測，2021-2025 年，中國先進封裝市場規(guī)模復合增速達到 29.9%，預計 2025 年中國先進封裝市場規(guī)模為 1137 億元，占中國大陸封裝市場的比例將達到 32.0%。隨著中國大陸半導體產業(yè)發(fā)展，先進封裝的滲透率也有望加速提高。

先進封裝早已成為了兵家必爭之地。國內和海外都在同步加大投入，預計 3-5 年后有望成為先進封裝比較主流的技術。