更多新型先進(jìn)封裝技術(shù)正在崛起！

3.3D先進(jìn)封裝、玻璃基板、小芯片Chiplet、3D堆疊SoIC...新一代先進(jìn)封裝技術(shù)奔涌而來(lái)，三星電子、英特爾、臺積電、日月光等企業(yè)加碼投資擴產(chǎn)，誰(shuí)將站在下一代先進(jìn)封裝發(fā)展浪頭引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展？

三星電子正開(kāi)發(fā)“3.3D先進(jìn)封裝技術(shù)”，目標2026年第二季度量產(chǎn)

近日，據韓媒報道，三星電子正在開(kāi)發(fā)面向AI半導體芯片的新型3.3D先進(jìn)封裝技術(shù)，并計劃于2026年二季度實(shí)現量產(chǎn)。據悉，這項封裝技術(shù)整合了三星電子多項先進(jìn)異構集成技術(shù)。

圖片來(lái)源：三星

在概念圖中，GPU（AI計算芯片）與LCC緩存通過(guò)垂直堆疊的方式形成一個(gè)整體，與HBM內存進(jìn)行互聯(lián)。在兩者之間使用硅橋芯片來(lái)直接連接裸晶，而在銅RDL重布線(xiàn)層上引入了透明介質(zhì)來(lái)代替價(jià)格更高的硅中介層。這種設計能夠在不犧牲芯片性能的前提下降低22%的生產(chǎn)成本。

此外，三星電子還計劃在其3.3D封裝技術(shù)中引入面板級（PLP）封裝。大型方形載板將取代面積有限的圓形晶圓，從而進(jìn)一步提高封裝生產(chǎn)效率。目前，由臺積電主導的先進(jìn)封裝代工市場(chǎng)主要由無(wú)晶圓廠(chǎng)設計企業(yè)占據份額，因此三星電子希望通過(guò)推出新一代3.3D封裝技術(shù)，在價(jià)格和生產(chǎn)效率上具有顯著(zhù)優(yōu)勢，以爭取更多無(wú)晶圓廠(chǎng)設計企業(yè)的訂單。

與此同時(shí)，近日，三星電子對先進(jìn)封裝（AVP）團隊和設備技術(shù)實(shí)驗所進(jìn)行重組，以提升整體技術(shù)競爭力。同時(shí)進(jìn)行改組的還有三星電子負責半導體業(yè)務(wù)的設備解決方案（DS）部門(mén)。據悉，該部門(mén)新設HBM研發(fā)組。三星電子副社長(cháng)、高性能DRAM設計專(zhuān)家孫永洙（音譯）擔任該研發(fā)組組長(cháng)，帶領(lǐng)團隊集中研發(fā)HBM3、HBM3E和新一代HBM4技術(shù)。

TrendForce集邦咨詢(xún)指出，自臺積電于2016年開(kāi)發(fā)命名為整合扇出型封裝（InFO）的扇出型晶圓級封裝（FOWLP）技術(shù)，并應用于iPhone7 手機所使用的A10處理器后，專(zhuān)業(yè)封測代工廠(chǎng)(OSAT)業(yè)者競相發(fā)展FOWLP及扇出型面板級封裝（Fan-out Panel Level Package, FOPLP）技術(shù)，以提供單位成本更低的封裝解決方案。

自第二季起，超威半導體（AMD）等芯片業(yè)者積極接洽臺積電及OSAT業(yè)者以FOPLP技術(shù)進(jìn)行芯片封裝，帶動(dòng)業(yè)界對FOPLP技術(shù)的關(guān)注。根據全球市場(chǎng)研究機構TrendForce集邦咨詢(xún)調查，在FOPLP封裝技術(shù)導入上，三種主要模式包括「OSAT業(yè)者將消費性IC封裝方式自傳統封裝轉換至FOPLP」；「專(zhuān)業(yè)晶圓代工廠(chǎng)（foundry）、OSAT業(yè)者封裝AI GPU，將2.5D封裝模式自晶圓級(wafer level)轉換至面板級(panel level)」；「面板業(yè)者封裝消費性IC」等三大方向。

從FOPLP技術(shù)對封測產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響面來(lái)看，第一，OSAT業(yè)者可提供低成本的封裝解決方案，提升在既有消費性IC的市占，甚至跨入多芯片封裝、異質(zhì)整合的業(yè)務(wù)；第二，面板業(yè)者跨入半導體封裝業(yè)務(wù)；第三，foundry及OSAT業(yè)者可壓低2.5D封裝模式的成本結構，甚至借此進(jìn)一步將2.5D封裝服務(wù)自既有的AI GPU市場(chǎng)推廣至消費性IC市場(chǎng)；第四，GPU業(yè)者可擴大AI GPU的封裝尺寸。

TrendForce集邦咨詢(xún)認為，FOPLP技術(shù)的優(yōu)勢及劣勢、發(fā)展機會(huì )及挑戰并存。主要優(yōu)勢為低單位成本及大封裝尺寸，只是技術(shù)及設備體系尚待發(fā)展，技術(shù)商業(yè)化的進(jìn)程存在高度不確定性，預估目前FOPLP封裝技術(shù)發(fā)展在消費性IC及AI GPU應用的量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)，可能分別落于2024年下半年至2026年，以及2027-2028年。

玻璃基板量產(chǎn)元年在即，多家大廠(chǎng)加速布局

近日，英特爾、AMD、三星、LGInnotek、SKC美國子公司Absolics等均將目光高度聚焦到應用于先進(jìn)封裝的玻璃基板技術(shù)中。玻璃基板技術(shù)因其優(yōu)異的性能，已成為先進(jìn)封裝領(lǐng)域冉冉升起的新星。

基板即安裝硅IC芯片的材料，主要起承載保護芯片與連接上層芯片和下層電路板的作用，它們?yōu)樾酒峁┝私Y構穩定性（硅芯片非常脆弱），也是傳輸信號的手段。自上世紀70年代以來(lái)，芯片基板設計發(fā)生了多次演變，金屬框架在90年代被陶瓷所取代，然后在世紀之交陶瓷又被有機封裝所取代。而當前的處理器廣泛使用主要是有機基板。

英特爾認為，有機基板也將在未來(lái)幾年達到其能力的極限，因為公司(行業(yè)其他公司亦是)將生產(chǎn)面向數據中心的系統級封裝（SiP），具有數十個(gè)小瓦片（tile），功耗可能高達數千瓦。此類(lèi)SiP需要小芯片（chiplet）之間非常密集的互連，同時(shí)確保整個(gè)封裝在生產(chǎn)過(guò)程中或使用過(guò)程中不會(huì )因熱量而彎曲。

由此，玻璃基板應用而生。在去年9月，英特爾在官網(wǎng)公布了號稱(chēng)是“下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板技術(shù)”，稱(chēng)或將顛覆整個(gè)芯片封裝領(lǐng)域。玻璃基板是指用玻璃取代有機封裝中的有機材料，并不意味著(zhù)用玻璃取代整個(gè)基板。因此，英特爾不會(huì )將芯片安裝在純玻璃上，而是基板核心的材料將由玻璃制成。

與有機基板相比，玻璃基板玻璃具有獨特的特性，例如超低平整度和更好的熱穩定性和機械穩定性，可將互連密度提高10倍。據英特爾所言，玻璃基板能使單個(gè)封裝中的芯片面積增加五成，從而塞進(jìn)更多的Chiplet；且玻璃平整度、能將光學(xué)鄰近效應（OPE）減少50%，提高光刻聚焦深度。

有機基板和玻璃基板的對比（圖源：Intel）

英特爾稱(chēng)，玻璃基板可能為未來(lái)十年內在單個(gè)封裝上實(shí)現驚人的1萬(wàn)億個(gè)晶體管奠定基礎?；趯ζ涞牧己妙A期，近期行業(yè)內傳來(lái)最新消息，英特爾計劃最快2026年量產(chǎn)玻璃基板。在玻璃基板技術(shù)上，英特爾已投入了約十年時(shí)間，目前其在美國亞利桑那州擁有一條完全集成的玻璃研發(fā)線(xiàn)。該公司表示，這條生產(chǎn)線(xiàn)的成本超過(guò)10億美元，為了使其正常運行，需要與設備和材料合作伙伴合作，建立一個(gè)完整的生態(tài)系統。且行業(yè)內目前僅有少數公司能夠負擔得起此類(lèi)投資，而英特爾似乎是迄今為止唯一一家開(kāi)發(fā)出玻璃基板的公司。

除了英特爾，SKC美國子公司Absolics、AMD、三星等也看到了玻璃基板廣闊的發(fā)展前景。

2022年，SKC美國子公司Absolics在美國佐治亞州科文頓市斥資約3000億韓元（約合2.22億美元）建立了第一家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)玻璃基板的工廠(chǎng)。近日，該公司宣布工廠(chǎng)竣工并開(kāi)始批量生產(chǎn)原型產(chǎn)品。業(yè)界分析，這標志著(zhù)全球玻璃基板市場(chǎng)進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)刻。

三星則已組建由三星電機、三星電子和三星顯示器部門(mén)組成的聯(lián)盟，研發(fā)玻璃基板，目標在2026年開(kāi)始大規模量產(chǎn)，意圖比英特爾更快地實(shí)現商業(yè)化。據報道，三星電機計劃在今年9月前在試驗生產(chǎn)線(xiàn)上安裝所有必要的設備，并于第四季度開(kāi)始運營(yíng)。外媒消息顯示，三星電機供應商的選擇已經(jīng)完成，Philoptics、Chemtronics、JoongwooM-Tech和德國LPKF等公司負責為該裝置提供零部件。報道稱(chēng)，該裝置旨在簡(jiǎn)化生產(chǎn)并遵守三星嚴格的安全和自動(dòng)化標準。

AMD則計劃于2025~2026年推出玻璃基板，并與全球元件公司合作，保持領(lǐng)先地位。據韓媒報道，AMD正對全球多家主要半導體基板企業(yè)的玻璃基板樣品進(jìn)行性能評估測試，計劃將這一先進(jìn)基板技術(shù)導入半導體制造。此次參與評估測試的上游企業(yè)包括新光電氣、欣興電子、三星電機和AT&S（奧特斯）。此前，AMD一直同韓國SKC旗下的Absolix進(jìn)行玻璃基板領(lǐng)域的合作。此次測試多家企業(yè)樣品被視為AMD正式確認引入該技術(shù)并準備建立成熟量產(chǎn)體系的標志。

相關(guān)從業(yè)者指出，玻璃雖能克服翹曲、電氣性能也較好，然而缺點(diǎn)包括易碎、難加工等。業(yè)界認為，在實(shí)際交付之前實(shí)現量產(chǎn)良率還需要一段時(shí)間。公司的前期投資成本也很高。即使公司在技術(shù)開(kāi)發(fā)上投入巨資，如果業(yè)務(wù)無(wú)法盈利，它也會(huì )成為沉沒(méi)成本。

Hl Investment&Securities投資銀行公司的研究員KoEui-young表示：“玻璃基板需要重組供應鏈，因為需要更換設備，并且需要進(jìn)一步驗證與玻璃材料相關(guān)的可靠性?！薄傲慨a(chǎn)的標準化工作是必須要做的，但量產(chǎn)時(shí)的良率是不確定的?！钡珡拈L(cháng)遠來(lái)看，行業(yè)共識是應該發(fā)展玻璃基板。

目前，包括SCHMID等新公司的出現以及激光設備供應商、顯示器制造商、化學(xué)品供應商等的參與，行業(yè)內圍繞玻璃芯基板逐漸生成了一些新興供應鏈，形成了多樣化生態(tài)系統。行業(yè)各方正在建立合作和伙伴關(guān)系，以應對與玻璃基板制造相關(guān)的技術(shù)和物流挑戰，這表明各方正共同努力，充分發(fā)揮其潛力。

AI人工智能在當代的蓬勃發(fā)展，使得玻璃基板經(jīng)過(guò)此前近十年的孕育中破土而出，它遇到了最適合它的時(shí)代。在英特爾看來(lái)，玻璃基板將首先被引入到能夠最大程度利用其的市場(chǎng)：需要更大外形封裝（即數據中心、人工智能、圖形）和更高速度能力的應用程序和工作負載。

日月光針對先進(jìn)封裝擴產(chǎn)，多項先進(jìn)封裝新技術(shù)值得期待

近日，日月光投控召開(kāi)股東大會(huì )，首席運營(yíng)官（COO）吳田玉表示，到2025年AI先進(jìn)封裝需求持續強勁，今年AI相關(guān)CoWoS先進(jìn)封裝營(yíng)收，會(huì )比原先預期增加2.5億美元以上，包括CoWoS等先進(jìn)封裝測試營(yíng)收占比可提高，加速營(yíng)收復蘇。

去年，日月光通過(guò)子公司ISELabs，斥資2400萬(wàn)美元在美國加州圣何塞建設測試產(chǎn)線(xiàn)，吳田玉預計7月12日將有該廠(chǎng)投產(chǎn)的剪彩儀式。針對未來(lái)布局，目前該公司已敲定在加州弗里蒙特建造第二家芯片測試工廠(chǎng)的計劃，并也將于7月12日正式公布該項目以及投資規模。該公司還在墨西哥托納拉購買(mǎi)了土地，用于建造芯片封裝和測試工廠(chǎng)。后續也將依據需求擴充產(chǎn)能，均不排除在日本、美國、墨西哥擴增先進(jìn)封裝產(chǎn)能。

先進(jìn)封裝技術(shù)的日益發(fā)展與完善是日月光投控的重中之重。今年3月下旬，日月光宣布，推出小芯片（Chiplet）新互聯(lián)技術(shù)，以應對人工智能發(fā)展帶來(lái)的多樣化小芯片整合設計和先進(jìn)封裝。該技術(shù)通過(guò)微凸塊(microbump)技術(shù)使用新型金屬疊層，可將芯片與晶圓互聯(lián)間距大幅縮小。日月光表示，提升小芯片級互聯(lián)技術(shù)可開(kāi)拓應用領(lǐng)域，除了AI芯片之外，也可擴展至手機應用處理器、MCU微控制器等關(guān)鍵芯片。

據悉，Chiplet是異構的一個(gè)基本方面。行業(yè)人士表示，小芯片方法代表了一種新興的半導體設計理念，它將兩個(gè)或多個(gè)分立芯片組合在分解的 SiP 設計中。與可能的單片替代方案相比，小芯片提供了更大的設計靈活性、更快的上市時(shí)間、更高的良率和經(jīng)濟效益。小芯片的功能涵蓋典型處理器 SoC 中的基本知識產(chǎn)權 (IP) 塊，包括中央處理單元 (CPU)、圖形處理單元 (GPU)、神經(jīng)處理單元 (NPU)、I/O 和內存控制器以及接口、高速緩存存儲器和模擬功能（SerDes、PLL、DAC、ADC、PHY 等）。

目前Chiplet已成為算力芯片的主流方案，AMD、Intel等半導體巨頭共同成立了UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，Nvdia A100/H100、AMD MI300等主流產(chǎn)品均采用了Chiplet方案，國內算力芯片廠(chǎng)商亦在快速跟進(jìn)。

此外，日月光控股表示，公司將持續投資新技術(shù)，2023年就一共開(kāi)發(fā)七大技術(shù)，包括以覆晶封裝進(jìn)行高頻寬記憶體第三代堆迭技術(shù)、智慧打線(xiàn)瑕疵檢測技術(shù)、扇出型封裝內埋橋接芯片與被動(dòng)元件、3D電壓調節模組先進(jìn)封裝技術(shù)、以?xún)嚷袷缴钽~堆聲產(chǎn)品開(kāi)發(fā)面板級封裝，高整合度SiP封裝通訊模組方案以及光學(xué)模組封裝技術(shù)開(kāi)發(fā)等。

臺積電全面擴張CoWoS產(chǎn)能，SoIC先進(jìn)封裝同受青睞

臺積電方面，本月初中國臺媒消息顯示，臺積電正全面擴張CoWoS產(chǎn)能，已在中國臺灣地區云林縣虎尾園區覓得一處先進(jìn)封裝廠(chǎng)建設用地。對于此消息，臺積電沒(méi)有回應。

據臺積電預計，AI加速發(fā)展帶動(dòng)先進(jìn)封裝CoWos需求快速增長(cháng)，目前其CoWos產(chǎn)能供應緊張，2024-2025年將擴產(chǎn)。業(yè)內人士分析，臺積電2024年月CoWoS產(chǎn)量將翻倍成長(cháng)至4萬(wàn)片，2025年升至5.5萬(wàn)~6萬(wàn)片，2026年進(jìn)一步達到7萬(wàn)~8萬(wàn)片。

為了實(shí)現產(chǎn)能增長(cháng)目標，臺積電在CoWoS產(chǎn)線(xiàn)、設備等方面積極投資。在新CoWoS廠(chǎng)上，臺積電南科嘉義園區P1晶圓廠(chǎng)已于今年4月動(dòng)工，但近期因發(fā)掘出疑似遺址停工，臺積電轉而啟動(dòng)同地P2晶圓廠(chǎng)建設；臺積電此前還有在苗栗縣銅鑼鄉建設CoWoS工廠(chǎng)的計劃，但遭遇了水土問(wèn)題。而在設備方面，臺積電已于去年4月、6月、10月以及今年的2月下達了四波CoWoS工藝設備訂單，目前仍持續追單。這也很大程度的拉動(dòng)著(zhù)半導體設備行業(yè)的業(yè)績(jì)。

臺積電正在積極提高CoWoS封裝產(chǎn)能的同時(shí)，也在積極推動(dòng)下一代SoIC封裝方案落地投產(chǎn)。近日據行業(yè)媒體消息，在A(yíng)MD之后，蘋(píng)果公司在SoIC封裝方案上已經(jīng)擴大和臺積電的合作，預估在2025年使用該技術(shù)。

臺積電目前已經(jīng)整合封裝工藝構建3D Fabric系統，其中分為3個(gè)部分：3D堆疊技術(shù)的SoIC系列、先進(jìn)封裝CoWoS系列以及InFo系列。其中，SoIC處于前段封裝，于2018年4月公開(kāi)，是臺積電基于CoWoS與多晶圓堆疊(WoW)封裝技術(shù)開(kāi)發(fā)出的新一代創(chuàng )新封裝技術(shù)，這標志著(zhù)臺積電已具備直接為客戶(hù)生產(chǎn)3D IC的能力。該技術(shù)于2022年就已經(jīng)開(kāi)始小量投產(chǎn)，而且臺積電計劃2026年產(chǎn)能擴大20倍以上。

據悉，AMD是臺積電SoIC的首發(fā)客戶(hù)，旗下的MI300加速卡就使用了SoIC+CoWoS封裝解決方案，可將不同尺寸、功能、節點(diǎn)的晶粒進(jìn)行異質(zhì)整合，目前在位于竹南的第五座封測廠(chǎng)AP6生產(chǎn)。此外，蘋(píng)果對SoIC封裝也非常感興趣，將采取SoIC搭配Hybridmolding（熱塑碳纖板復合成型技術(shù)），目前正小量試產(chǎn)，預計2025~2026年量產(chǎn)，計劃應用在Mac上。