先進封裝，成為半導(dǎo)體行業(yè)焦點。
近一個月內(nèi)，通富微電、臺積電與安靠（Amkor）、日月光半導(dǎo)體（ASE）、華天科技等傳統(tǒng)OSAT（委外封測廠）及頭部晶圓廠先后宣布投入資源，布局先進封裝相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)能，這些項目的應(yīng)用均指向高性能計算和AI等領(lǐng)域。
談及這一現(xiàn)象，北京社科院研究員王鵬近日向證券時報記者表示，AI、物聯(lián)網(wǎng)、通信等各類應(yīng)用對于算力要求越來越高，而“后摩爾時代”先進制程升級速度逐漸放緩，同時往前推進邊際成本愈發(fā)高昂。在此背景之下，采用先進封裝技術(shù)提升芯片整體性能成為集成電路行業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢，上述廠商近期紛紛加碼先進封裝即為該趨勢的寫照。
“當前，國際頭部晶圓廠和OSAT在先進封裝技術(shù)方面相對領(lǐng)先，這些企業(yè)主要瞄準高性能計算和HBM（高帶寬存儲器）等領(lǐng)域。國內(nèi)OSAT的產(chǎn)能布局同樣涵蓋AI芯片、存儲等領(lǐng)域，但較國際頭部企業(yè)而言技術(shù)上仍顯薄弱。不過，隨著國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)方面的持續(xù)加強；同時伴隨國內(nèi)芯片需求不斷增長和政策支持，國內(nèi)先進封裝產(chǎn)業(yè)正步入快速發(fā)展階段，長期則有望縮小與國際企業(yè)的差距。”中關(guān)村物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長袁帥分析認為。
大廠接連發(fā)力先進封裝
傳統(tǒng)封裝是以引線框架型封裝為主，主要包括DIP、SOP、QFP、QFN等封裝形式，功能主要在于芯片保護、尺度放大、電氣連接。
先進封裝則采用先進的設(shè)計和工藝對芯片進行封裝級重構(gòu)；相較來看，先進封裝還具有大幅度縮小封裝后芯片的面積、容納更多芯片的I/O端口數(shù)量、降低芯片綜合制造成本、提升芯片間的互聯(lián)能力等特點，從而提升系統(tǒng)性能。一般而言，具備Bump、RDL、Wafer和TSV四項基礎(chǔ)要素中任意一種即可稱為先進封裝。
“與前道先進工藝不斷迭代類似，先進封裝也是一個長期變化的概念。當前，按技術(shù)類型看，倒裝焊、圓片級、系統(tǒng)級、扇出、2.5D/3D等先進封裝技術(shù)成為延續(xù)摩爾定律的最佳選擇之一。”有半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)人士向證券時報記者闡述。
在此背景下，各大廠商近年來持續(xù)布局相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)能。特別是近一個月以來，相關(guān)項目正加速上馬。10月10日，總投資35.2億元的通富微電先進封測項目正式開工，該項目未來產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于高性能計算、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信等多個領(lǐng)域。10月9日，日月光半導(dǎo)體新的K28工廠奠基，該工廠將加碼先進封裝終端測試以及AI芯片高性能計算。10月4日，臺積電與美國封測大廠安靠簽署合作備忘錄，兩者將合作整合型扇出（InFO）及CoWoS先進封裝，以滿足AI等共同客戶產(chǎn)能需求。9月22日，投資100億元的華天南京集成電路先進封測產(chǎn)業(yè)基地二期項目奠基，未來產(chǎn)品瞄準存儲、射頻、算力、AI等領(lǐng)域。
在王鵬看來，頭部晶圓廠和OSAT正以實際行動表達對產(chǎn)業(yè)的看好。從近年來動態(tài)看，國內(nèi)頭部封測廠商通富微電、長電科技、華天科技等企業(yè)通過自主研發(fā)和與國際領(lǐng)先企業(yè)的合作，不斷提升自身在先進封裝領(lǐng)域的競爭力；與此同時，臺積電、英特爾、三星等頭部晶圓廠也在積極布局先進封裝，其中臺積電于2008年就成立了集成互連與封裝技術(shù)整合部門，這些企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)能擴張，鞏固了自身在先進封裝領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
先進封裝市場占比快速提升
行業(yè)未來規(guī)模幾何？據(jù)Yole Group預(yù)測，全球先進封裝市場規(guī)模將從2023年的378億美元增長至2029年的695億美元，這期間的年均復(fù)合增長率為10.7%。先進封裝在整體封裝市場中的占比將于2025年達到51.03%。該機構(gòu)預(yù)計2024年，臺積電、英特爾、三星、日月光、安靠與長電科技等大廠在先進封裝領(lǐng)域?qū)⒑嫌嬐顿Y約115億美元。
據(jù)證券時報記者觀察，雖然布局的都是先進封裝，但大廠在技術(shù)選擇上存在差異。深度科技研究院院長張孝榮認為，先進封裝的技術(shù)類型沒有絕對的優(yōu)劣之分，因為不同的技術(shù)適用于不同的應(yīng)用場景，倒裝焊、圓片級、系統(tǒng)級、扇出、2.5D/3D等技術(shù)的選擇取決于具體的應(yīng)用需求和技術(shù)成熟度。
不過，隨著大算力芯片的技術(shù)和市場需求高速發(fā)展，與此相對應(yīng)的2.5D和3D封裝技術(shù)熱度日趨升溫。IDC預(yù)計，從2023年到2028年，2.5D/3D封裝市場預(yù)計將以22%的年均復(fù)合增長率增長，使其成為半導(dǎo)體封裝測試市場中備受關(guān)注的領(lǐng)域。
在2.5D/3D封裝技術(shù)中，最為外界熟知的是臺積電的CoWoS，該技術(shù)由臺積電于2012年研發(fā)。經(jīng)過降本等技術(shù)升級后，2016年臺積電憑借該技術(shù)擊敗競爭對手三星，獲得了蘋果A系列處理器的所有代工訂單。2016年至今，在制程工藝不斷提升之際，臺積電的先進封裝技術(shù)也在升級。如今的CoWoS不僅可以節(jié)省空間，實現(xiàn)HBM所需的高互聯(lián)密度和短距離連接；還能將不同制程的芯片封裝在一起，在滿足AI、GPU等加速運算需求同時控制成本。先進制程工藝和先進封裝技術(shù)的相輔相成，讓英偉達、蘋果等國際巨頭與臺積電形成了長期的深度綁定，其中英偉達B系列產(chǎn)品（包括最新的GB200等）大量使用CoWoS工藝。
CoWoS有多火？10月17日，臺積電董事長魏哲家在業(yè)績說明會上表示，客戶對CoWoS先進封裝需求遠大于供應(yīng)，盡管今年增加CoWoS產(chǎn)能超過2倍，仍供不應(yīng)求，臺積電仍會全力響應(yīng)客戶對CoWoS產(chǎn)能的需求。
DIGITIMES在8月的報告中指出，AI芯片高度仰賴臺積電CoWoS封裝技術(shù)，因此臺積電2023—2028年CoWoS產(chǎn)能擴充年均復(fù)合增長率將超過50%，而2023—2028年晶圓代工產(chǎn)業(yè)5nm以下先進制程擴充年均復(fù)合增長率將達23%。
多種技術(shù)全面開花
“先進封裝中某些技術(shù)的關(guān)鍵工藝需要在前端芯片制造平臺上完成，例如CoWoS中的CoW部分過于精密，只能由臺積電制造，所以產(chǎn)能會供不應(yīng)求，這也是晶圓廠相比OSAT的先天優(yōu)勢。后續(xù)臺積電的3D平臺SoIC規(guī)劃也已提上日程。除了臺積電，英特爾和三星也均在自研和推廣自身的2.5D/3D封裝技術(shù)。”上述半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)人士告訴證券時報記者。
整體而言，傳統(tǒng)OSAT依然占據(jù)大部分市場份額。據(jù)芯思想研究院發(fā)布的2023年全球委外封測市場占有率榜單，前十大委外封測公司中，中國臺灣有5家（其中日月光位列第一），市占率為37.73%；中國大陸有4家上榜，市占率為25.83%，其中，長電科技、通富微電、華天科技分別位列第三、第四和第六位。2023年臺積電先進封裝營收超過60億美元，若參與委外封裝排名，將位居全球第二。
面對晶圓廠的入局，傳統(tǒng)OSAT亦紛紛發(fā)力。例如，包括日月光、力成、矽品等正積極布局扇出型面板級封裝（FOPLP），F(xiàn)OPLP因其更低成本、更大靈活性等獨特的優(yōu)勢，被業(yè)內(nèi)認為是先進封裝技術(shù)的后起之秀。
與此同時，中國大陸的一線封裝廠也開發(fā)出了具有一定特色的新工藝。據(jù)長電科技2024年半年報披露，在高性能先進封裝領(lǐng)域，公司推出的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，涵蓋2D、2.5D、3D集成技術(shù)。經(jīng)過持續(xù)研發(fā)與客戶產(chǎn)品驗證，XDFOI已在高性能計算、人工智能、5G、汽車電子等領(lǐng)域應(yīng)用。
“不管是2.5D還是3D，現(xiàn)在是全面開花的狀態(tài)，大家從去年研究到今年開始生產(chǎn)，趨勢已形成，收入還在起步階段，但是客戶項目的積累和導(dǎo)入量產(chǎn)的數(shù)量越來越多。主要應(yīng)用是數(shù)據(jù)中心，需求不僅是AI本身，隨著數(shù)據(jù)量增大，對計算和存儲的先進封裝要求也越來越高�！遍L電科技相關(guān)負責人在業(yè)績說明會上指出。
通富微電是AMD最大的封測供應(yīng)商，占其訂單總數(shù)逾八成。據(jù)披露，公司上半年高性能封裝業(yè)務(wù)保持穩(wěn)步增長。在技術(shù)層面，公司大力開發(fā)扇出、圓片級、倒裝焊等封裝技術(shù)并擴充其產(chǎn)能。此外，積極布局Chiplet、2D+等頂尖封裝技術(shù)。此前，公司超大尺寸2D+封裝技術(shù)及三維堆疊封裝技術(shù)均獲得驗證通過等。
國內(nèi)先進封裝產(chǎn)能稀缺
機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，從封裝市場的結(jié)構(gòu)占比看，2023年全球封裝市場中先進封裝占比為49%，中國約39%，尚低于全球水平。與國際巨頭相比，目前中國封裝產(chǎn)業(yè)有哪些優(yōu)勢和劣勢？
“國內(nèi)廠商在先進封裝領(lǐng)域相較于國際廠商的優(yōu)勢，在于對本土市場的了解，和來自政策的支持以及成本優(yōu)勢，但在技術(shù)研發(fā)和人才儲備等方面相對較弱�！痹瑤浾J為。
在張孝榮看來，封裝技術(shù)曾是中國大陸半導(dǎo)體行業(yè)中與全球頂尖技術(shù)間差距最小的環(huán)節(jié)之一，在近年來國際主流晶圓廠入局先進封裝后，技術(shù)差距有被進一步拉大的趨勢。要彌補技術(shù)短板，需加大研發(fā)投入，加強與國際先進企業(yè)的合作與交流，引進和培養(yǎng)高端人才，推動產(chǎn)學研深度融合等。從產(chǎn)業(yè)鏈角度，國內(nèi)在高端設(shè)備和材料方面自主研發(fā)能力還有待提高，一些關(guān)鍵核心技術(shù)和設(shè)備仍依賴進口。
對于未來行業(yè)趨勢，AI仍是無法繞開的變量，當前生成式AI技術(shù)收入來源尚未穩(wěn)定，緊鑼密鼓上馬的先進封裝產(chǎn)能，未來會因為AI需求的下滑風險而產(chǎn)能過剩嗎？
首先要回答的是，AI芯片市場需求何時下滑？目前來看，業(yè)內(nèi)持樂觀態(tài)度。Gartner預(yù)測，2024年全球AI芯片市場規(guī)模將增加33%，達到713億美元，2025年有望進一步增長29%，達到920億美元；2024年服務(wù)器AI芯片市場規(guī)模將達到210億美元，2028年有望達到330億美元。
“過往全球半導(dǎo)體行業(yè)增長動能大多來自To C產(chǎn)品。今年除了消費電子等回暖，有部分增長由To B驅(qū)動，即算力基建帶來的高端算力芯片的巨大需求，這些主要是企業(yè)在買。要分析AI芯片增長的持續(xù)性，就要關(guān)注這些采購需求，目前企業(yè)訓練自身AI模型的需求依然強烈，如果未來業(yè)績下滑、現(xiàn)金吃緊，那么采購必然會受影響。”芯謀研究企業(yè)部總監(jiān)王笑龍此前向記者表示。
王鵬指出，一方面，布局先進封裝需要很大的人才和投資成本，有能力布局的企業(yè)十分有限，這在一定程度上限制了產(chǎn)能過度擴張；另一方面，企業(yè)可以根據(jù)需求變化及時調(diào)整產(chǎn)能布局和產(chǎn)品線，如果AI芯片相關(guān)市場缺乏足夠的承載能力，先進封裝產(chǎn)能也可以轉(zhuǎn)移到其他應(yīng)用市場。
“還需指出的是，對于國內(nèi)市場而言，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，先進封裝產(chǎn)能更加稀缺，所以，我認為短中期內(nèi)還無需考慮產(chǎn)能過剩問題�！蓖貔i說。
來源：證券時報網(wǎng)
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