先進封裝賦能AI芯片，龍頭企業(yè)加速布局

近日，先進封裝相關(guān)項目傳來新的動態(tài)，涉及華天科技、通富微電、盛合晶微等企業(yè)。頻繁的項目動態(tài)刷新和先進封裝技術(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。隨著先進封裝技術(shù)的聲名鵲起，引來一眾行業(yè)廠商群雄競逐。封測產(chǎn)業(yè)在半導體產(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，同時也將迎來更多發(fā)展機遇。

封裝技術(shù)發(fā)展和先進封裝技術(shù)的興起

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

在 20 世紀 50 年代，半導體封裝技術(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單，但為后續(xù)的封裝技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

進入 20 世紀 60 年代，隨著中小規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，半導體封裝技術(shù)也迎來了重要的轉(zhuǎn)折點。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 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)先進封裝技術(shù)的創(chuàng)新提供了思路。20 世紀 90 年代球型矩陣封裝的出現(xiàn)，滿足了市場對高引腳的需求，改善了半導體器件的性能。

隨著科技的不斷進步，電子產(chǎn)品的功能越來越強大，但體積卻越來越小。這種趨勢對電子封裝技術(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，先進封裝技術(shù)應(yīng)運而生。

先進封裝技術(shù)的起源可以追溯到 20 世紀 90 年代。當時，集成電路的規(guī)模越來越大，晶體管的數(shù)量已經(jīng)達到了數(shù)百萬甚至數(shù)千萬級別。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，一些先進的封裝技術(shù)開始被研發(fā)出來。

進入 21 世紀后，隨著 5G、自動駕駛汽車、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展，對半導體封裝技術(shù)提出了更高的要求。先進封裝技術(shù)包括晶圓級封裝（WLCSP）、3D 堆疊封裝、系統(tǒng)級封裝（SiP）等多種形式。其中，WLCSP 技術(shù)通過在同一封裝中實現(xiàn)多個集成電路的異質(zhì)結(jié)合和存儲芯片堆疊，顯著提高了封裝密度和性能。3D 堆疊封裝技術(shù)則通過將多個芯片正面朝下放置在彼此的頂部，實現(xiàn)了更高的集成度和更快的信號傳輸速度。SiP 技術(shù)則通過將多個功能不同的芯片封裝在一個封裝體內(nèi)，實現(xiàn)了系統(tǒng)級的功能集成和簡化。

后摩爾時代，先進封裝大有可為

隨著摩爾定律日漸趨緩，芯片先進制程提升的速度放慢，在后摩爾定律時代，先進封裝成為提升系統(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)椤溉绾伟研酒獾酶　?，先進封裝成為半導體行業(yè)發(fā)展的重點方向。

傳統(tǒng)封裝的功能主要在于保護芯片、電氣連接，先進封裝則在此基礎(chǔ)上增加了提升功能密度、縮短互聯(lián)長度、進行系統(tǒng)重構(gòu)三項新功能。先進封裝是在不考慮提升芯片制程的情況下，努力實現(xiàn)芯片體積的微型化、高密度集成，同時降低成本，這種技術(shù)的提升符合高端芯片向更小尺寸、更高性能、更低功耗方向演進的趨勢。

先進封裝主要朝兩個方向發(fā)展，第一是向上游晶圓制程領(lǐng)域發(fā)展（晶圓級封裝），直接在晶圓上實施封裝工藝，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)級封裝），將處理器、存儲等芯片以及電容、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)級封裝產(chǎn)品。

先進封裝技術(shù)通常采用更可靠的材料和工藝，如使用先進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）引起的失效風險。先進封裝技術(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。

雖然先進封裝技術(shù)的初期投資可能較高，但長期來看，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，先進封裝技術(shù)還可以提高生產(chǎn)效率，進一步降低制造成本。

AI 成先進封裝新動能，國產(chǎn)封測大廠擴產(chǎn)布局

隨著 AI 芯片需求的增加，先進封裝技術(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算速度，還實現(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。這主要是因為摩爾定律的放緩，使得單純依靠先進制程來提升算力性價比越來越低。

AI 及高性能運算芯片廠商目前主要采用的封裝形式之一是臺積電 CoWos。據(jù)臺積電預(yù)計，AI 加速發(fā)展帶動先進封裝 CoWos 需求快速增長，目前其 CoWos 產(chǎn)能供應(yīng)緊張，2024-2025 年將擴產(chǎn)，2024 年其 CoWos 產(chǎn)能將實現(xiàn)倍增。其中，由于 CoWoS 設(shè)備交期仍長達 8 個月，公司 11 月通過整合扇出型封裝（InFO）改機增加 CoWoS 月產(chǎn)能至 1.5 萬片；客戶端，英偉達占臺積電 CoWoS 總產(chǎn)能比重約 40%，AMD 占比約 8%。目前，臺積電以外的供應(yīng)鏈可增加 20%CoWos 產(chǎn)能。

近年來國內(nèi)外大廠積極推出相關(guān)產(chǎn)品，比如 AMD Milan-X、英偉達 H100、蘋果 M1 Ultra、英特爾 Sapphire Rapids、華為鯤鵬 920 等。同時，隨著 Chiplet 進一步催化先進封裝向高集成、高 I/O 密度方向迭代，驅(qū)動國際巨頭企業(yè)不斷加碼先進封裝領(lǐng)域。據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2026 年先進封裝全球市場規(guī)模 475 億美元，2020-2026 年復合年均增長率（CAGR）約 7.7%。據(jù) Omdia 預(yù)測，隨著 5G、AI、HPC 等新興應(yīng)用領(lǐng)域需求滲透，2035 年全球 Chiplet 市場規(guī)模有望達到 570 億美元，2018-2035 年 CAGR 為 30.16%。

隨著中國大陸在先進封裝領(lǐng)域的產(chǎn)值占全球的比例不斷提升，國產(chǎn)廠商在 2.5D、3D 先進封裝方面進行了重要布局，并取得了一定的突破。

長電科技：作為國內(nèi)領(lǐng)先的封測企業(yè)之一，長電科技在先進封裝領(lǐng)域有著顯著的布局。2023 年，在高性能先進封裝領(lǐng)域，長電科技推出的 XDFOI Chiplet 高密度多維異構(gòu)集成系列工藝已按計劃進入穩(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)計理念實現(xiàn)了芯片成品集成與測試一體化，涵蓋 2D、2.5D、3D 集成技術(shù)。

2023 年 6 月，長電微電子晶圓級微系統(tǒng)集成高端制造項目廠房正式封頂。該項目聚焦全球領(lǐng)先的 2.5D/3D 高密度晶圓級封裝等高性能封裝技術(shù)，面向全球客戶對高性能、高算力芯片快速增長的市場需求，提供從封裝協(xié)同設(shè)計到芯片成品生產(chǎn)的一站式服務(wù)。

2023 年 8 月，長電科技開工建設(shè)專業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)車規(guī)級芯片成品的先進封測旗艦工廠，項目自開工以來全力加速建設(shè)，現(xiàn)已完成基礎(chǔ)設(shè)施的準備并進入全面施工階段，項目預(yù)計于 2025 年上半年實現(xiàn)設(shè)備進廠。

通富微電：通富微電在 Chiplet 等先進封裝技術(shù)方面取得了重要進展，并已具備 Chiplet 量產(chǎn)能力。他們?yōu)槎鄠€國際客戶提供晶圓級和基板級 Chiplet 封測解決方案。臺積電所用的 CoWoS 是 2.5D 封裝的典型代表，通富微電同樣具有較強的技術(shù)儲備和產(chǎn)業(yè)化能力。

通富微電 2016 年收購 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，通富微電先進封裝項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，是全球半導體最大專業(yè)測試公司京元電子在中國大陸地區(qū)的唯一測試子公司，服務(wù)領(lǐng)域包括晶圓針測、IC 成品測試及晶圓研磨/切割/晶粒挑揀。

華天科技：作為半導體封裝行業(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)級封裝）中多個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封裝領(lǐng)域進行了深入布局。Chiplet 在國內(nèi)剛剛起步，業(yè)界很多用于 Chiplet 的 3D 封裝技術(shù)都是以臺積電的 3D fabric 為藍本進行技術(shù)創(chuàng)新。但是，華天科技推出的 eSinC 技術(shù)屬于獨立自主開發(fā)的 Chiplet 封裝技術(shù)，無論是對公司打開 Chiplet 高端封裝技術(shù)領(lǐng)域，還是對國內(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)上進一步結(jié)合 fine pitch RDL、hybrid bond、高級基板等平臺技術(shù)，可以進一步提升封裝密度，建立完整的 Chiplet 封裝平臺。

今年 5 月份，華天科技還在浦口經(jīng)濟開發(fā)區(qū)簽約落戶盤古半導體先進封測項目。這是華天科技自 2018 年入駐南京以來，在該地區(qū)布局的第四個重要產(chǎn)業(yè)項目，累計投資總額已超過 300 億元。

總的來說，先進封裝技術(shù)在 AI 領(lǐng)域的應(yīng)用正推動著整個行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)在這一領(lǐng)域的布局和突破也預(yù)示著其在全球半導體市場的競爭中將扮演越來越重要的角色

先進封裝不僅帶動了封裝企業(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，先進封裝的巨大市場還吸引了前道晶圓廠商向下游延伸，積極布局先進封裝市場。

晶圓代工廠與 IDM 廠商入駐先進封裝

先進封裝處于晶圓制造與封測中的交叉區(qū)域。先進封裝更多在晶圓層面上進行，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、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。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% 的先進封裝晶圓。晶圓廠在前道制造環(huán)節(jié)的經(jīng)驗更豐富，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。甚至很多先進封裝工藝本身便是來自于前道晶圓大廠。臺積電、索尼、力成、德州儀器（TI）、SK 海力士、聯(lián)電等也積極布局先進封裝產(chǎn)能，進一步加劇先進封裝市場競爭格局。