本文來(lái)自微信公眾號(hào)“中國(guó)電子報(bào)”。
在芯片制程不斷邁向7nm、5nm乃至更精細(xì)的3nm的過(guò)程中，晶圓代工廠正積極應(yīng)用先進(jìn)封裝技術(shù)，以進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能、優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)，并加速產(chǎn)品上市時(shí)間。先進(jìn)封裝技術(shù)引領(lǐng)著封裝技術(shù)的迭代升級(jí)，市場(chǎng)占比逐步攀升，有望逐漸超越傳統(tǒng)封裝技術(shù)，成為行業(yè)發(fā)展的新風(fēng)向。在2024年，先進(jìn)封裝有哪些看點(diǎn)？
HPC和AI帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇
先進(jìn)封裝與傳統(tǒng)封裝技術(shù)以是否焊線來(lái)區(qū)分。先進(jìn)封裝包括倒裝(FlipChip)、凸塊(Bumping)、晶圓級(jí)封裝(Wafer level package)、2.5D封裝和3D封裝等非焊線形式。傳統(tǒng)封裝的功能主要在于芯片保護(hù)、尺度放大、電器連接三項(xiàng)功能，先進(jìn)封裝在此基礎(chǔ)上增加了提升功能密度、縮短互聯(lián)長(zhǎng)度、進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)三項(xiàng)新功能。
在HPC（高性能計(jì)算）和AI技術(shù)的推動(dòng)下，先進(jìn)封裝技術(shù)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。隨著AI技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，眾多應(yīng)用場(chǎng)景以及芯片對(duì)高算力、高帶寬、低延遲、低功耗、更大內(nèi)存和系統(tǒng)集成等特性提出了更為嚴(yán)格的要求。在這一背景下，先進(jìn)封裝技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。
數(shù)據(jù)顯示，2023年，市場(chǎng)上主要AI加速芯片所搭載的HBM（高帶寬內(nèi)存）總?cè)萘繉⑦_(dá)到2.9億GB，增長(zhǎng)率接近60%。2024年增長(zhǎng)率將超過(guò)30%。同時(shí)，隨著高端AI芯片的需求增加，先進(jìn)封裝產(chǎn)能預(yù)計(jì)在2024年增長(zhǎng)30%至40%。YOLE數(shù)據(jù)顯示，全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)在2022年至2028年期間預(yù)計(jì)將以9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）持續(xù)擴(kuò)大。全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模有望從2022年的429億美元增長(zhǎng)到2028年的786億美元。
就不同的封裝技術(shù)而言，F(xiàn)CBGA、FCCSP和2.5D/3D封裝技術(shù)將在2024年成為市場(chǎng)的主流。2.5D/3D封裝技術(shù)增速最快，YOLE預(yù)計(jì)其市場(chǎng)規(guī)模將從2022年的94億美元大幅躍升至2028年的225億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)15.6%。
Chiplet和3D封裝備受關(guān)注
在高性能計(jì)算蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，先進(jìn)封裝技術(shù)之一的Chiplet（小芯片）備受業(yè)界矚目。
中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)兼封測(cè)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)徐冬梅指出，由于AI和HPC領(lǐng)域需要處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜計(jì)算，對(duì)芯片設(shè)計(jì)規(guī)模的要求極高，因此這兩個(gè)領(lǐng)域?qū)τ贑hiplet技術(shù)的需求更為迫切。隨著AI應(yīng)用不斷發(fā)展，其背后的芯片需求也日益旺盛，展現(xiàn)出Chiplet市場(chǎng)的巨大潛力和增長(zhǎng)空間。數(shù)據(jù)顯示，到2024年，Chiplet芯片的全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到58億美元，2035年將達(dá)到570億美元。
與此同時(shí)，隨著算力需求的不斷提升，3D封裝技術(shù)也將在2024年迎來(lái)一場(chǎng)“排位賽”。據(jù)悉，3D封裝技術(shù)將多個(gè)芯片或器件垂直堆疊，從而顯著提高集成度，縮短互聯(lián)長(zhǎng)度，進(jìn)一步提升整體性能。全球先進(jìn)芯片封裝市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2022年的443億美元增長(zhǎng)到2027年的660億美元，3D封裝預(yù)計(jì)將占四分之一左右。
數(shù)據(jù)來(lái)源：Yole Intelligence
2024年，臺(tái)積電、英特爾和三星電子等企業(yè)紛紛加大投入，推動(dòng)3D封裝技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。臺(tái)積電的SoIC技術(shù)作為業(yè)內(nèi)首個(gè)高密度3D Chiplet堆迭技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，并獲得了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。據(jù)了解，臺(tái)積電將在2024年將SoIC技術(shù)的月產(chǎn)能從此前的1900片，拓展到月產(chǎn)能將超過(guò)3000片，增幅近60%。
除了臺(tái)積電外，英特爾和三星電子的3D封裝技術(shù)也將在2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2024年1月，英特爾宣布其首個(gè)3D封裝技術(shù)Foveros已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。與此同時(shí)，三星也在積極開(kāi)發(fā)其3D封裝技術(shù)X-Cube，并表示將在2024年量產(chǎn)。其為AI芯片開(kāi)發(fā)的最新3D封裝技術(shù)SAINT也漸行漸近，有消息稱SAINT也將于2024年量產(chǎn)。
中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)加速布局
2024年，中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)也加大在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的布局。廈門(mén)云天半導(dǎo)體科技有限公司董事會(huì)秘書(shū)劉耕向《中國(guó)電子報(bào)》表示，國(guó)內(nèi)封裝企業(yè)除了布局傳統(tǒng)封裝，也在布局晶圓級(jí)封裝，包括扇出型晶圓級(jí)封裝，以及倒裝芯片封裝等。
長(zhǎng)電科技CEO鄭力表示，隨著綠色可持續(xù)發(fā)展概念的不斷普及，寬禁帶半導(dǎo)體也展現(xiàn)出了巨大的市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力。要保證寬禁帶半導(dǎo)體器件性能的穩(wěn)定可靠，離不開(kāi)先進(jìn)的封裝技術(shù)。以5G射頻技術(shù)為例，為了實(shí)現(xiàn)5G的高帶寬、高速率和低延遲特性，產(chǎn)業(yè)界在5G射頻技術(shù)中大量采用了氮化鎵、碳化硅、硅基氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體器件。這也意味著需要用更先進(jìn)的封裝技術(shù)，將不同物理特性的寬禁帶半導(dǎo)體元器件整合在一起，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速、低延遲傳輸，以發(fā)揮出寬禁帶半導(dǎo)體的最大能效。“雖然技術(shù)難度很高，但這也是提升5G以及未來(lái)6G、Wi-Fi 6、Wi-Fi 7等信號(hào)傳輸效率的關(guān)鍵一環(huán)。”鄭力說(shuō)道。
通富微電在先進(jìn)封裝領(lǐng)域也頻頻發(fā)力。據(jù)悉，通富微電已經(jīng)建成了融合2.5D、3D、MCM-Chiplet等先進(jìn)封裝技術(shù)的VISionS先進(jìn)封裝平臺(tái)及超大尺寸FCBGA研發(fā)平臺(tái)。與AMD、意法半導(dǎo)體等國(guó)際企業(yè)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域均有合作。
云天半導(dǎo)體正在發(fā)力玻璃基產(chǎn)品。劉耕表示，在保證WLP（晶圓級(jí)封裝）穩(wěn)定量產(chǎn)并提升產(chǎn)能的同時(shí)，云天半導(dǎo)體未來(lái)的發(fā)力點(diǎn)會(huì)放在新的玻璃基產(chǎn)品，2D/3D用于高頻濾波的玻璃基IPD（無(wú)源器件集成）已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)，也可用于如功率放大器和功率器件的匹配芯片。同時(shí)玻璃基扇出、玻璃基轉(zhuǎn)接板等產(chǎn)品已逐步進(jìn)入產(chǎn)品化階段。
與國(guó)際先進(jìn)水平相比，中國(guó)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域仍存在一定的差距。數(shù)據(jù)顯示，2023年全球封裝市場(chǎng)中先進(jìn)封裝占比為49%，中國(guó)為39%，低于全球水平。
徐冬梅認(rèn)為，目前，我國(guó)封裝領(lǐng)域總體仍以傳統(tǒng)的中低端封裝為主，先進(jìn)封裝技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定差距。在核心單元技術(shù)、高密度布線、芯片倒裝、晶圓級(jí)塑封等方面，我國(guó)尚未形成完整的技術(shù)體系，全流程開(kāi)發(fā)也尚未完成。此外，先進(jìn)封裝所需的關(guān)鍵設(shè)備和材料配套還未完善，供應(yīng)鏈能力有待提升。為了彌補(bǔ)這些短板，我國(guó)需要加強(qiáng)先進(jìn)封裝技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，提升核心技術(shù)和供應(yīng)鏈能力。這包括加大對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)的研發(fā)投入，加強(qiáng)與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)的合作與交流，引進(jìn)和培養(yǎng)高端人才，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度融合等。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)政策支持和資金投入，為先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展提供有力保障。
