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半導(dǎo)體先進(jìn)封裝“內(nèi)卷”升級(jí)

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半導(dǎo)體先進(jìn)封裝“內(nèi)卷”升級(jí)

IC設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試這兩個(gè)領(lǐng)域,中低端產(chǎn)品和服務(wù)“內(nèi)卷”嚴(yán)重,要想突破這個(gè)怪圈,必須向高端方向發(fā)展。

圖片來(lái)源:Unsplash-Alex Gorin

文|半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

對(duì)于中國(guó)大陸(內(nèi)地)而言,半導(dǎo)體依然屬于朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè),但從全球視角來(lái)看,該行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到很成熟的階段,也經(jīng)常有業(yè)界人士表示,半導(dǎo)體已經(jīng)是夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè),從越來(lái)越激烈的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)來(lái)看,這種說法不無(wú)道理。

當(dāng)下,中國(guó)大陸(內(nèi)地)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),特別是IC設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試,由于參與者眾多,競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇,但整體發(fā)展水平還不高,因此,在這兩個(gè)領(lǐng)域,中低端產(chǎn)品和服務(wù)“內(nèi)卷”嚴(yán)重,要想突破這個(gè)怪圈,必須向高端方向發(fā)展。與此同時(shí),國(guó)際大廠,無(wú)論是IC設(shè)計(jì),晶圓代工,還是封裝測(cè)試,則開始在中高端產(chǎn)品和服務(wù)方面加劇競(jìng)爭(zhēng),特別是在目前全球經(jīng)濟(jì)不景氣的時(shí)段,半導(dǎo)體產(chǎn)品需求疲弱,國(guó)際大廠在高精尖技術(shù)領(lǐng)域的“內(nèi)卷”也在加劇,封裝就是典型代表,因?yàn)榉庋b測(cè)試是半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié),其技術(shù)含量相對(duì)于晶圓代工要低一些,因此,國(guó)際大廠在這部分的“內(nèi)卷”更明顯,且已經(jīng)從傳統(tǒng)封裝技術(shù),延續(xù)到先進(jìn)封裝。

01、先進(jìn)封裝簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)封裝技術(shù)相比,先進(jìn)封裝具有小型化、輕薄化、高密度、低功耗和功能融合等優(yōu)點(diǎn),不僅可以提升性能、拓展功能、優(yōu)化形態(tài),相比系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC),還可以降低成本。

傳統(tǒng)封裝技術(shù)主要包括直插型封裝、表面貼裝、針柵陣列(PGA)等,當(dāng)然,它們下面還有細(xì)分技術(shù)種類,這里就不贅述了。先進(jìn)封裝技術(shù)則可以分為兩個(gè)發(fā)展階段:首先是以球柵陣列、倒裝芯片(Flip-Chip, FC)為代表的技術(shù),它們已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階段;其次是以先進(jìn)系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)、晶圓級(jí)封裝(WLP)為代表的技術(shù),由傳統(tǒng)的二維走向三維封裝,目前,這類技術(shù)最為先進(jìn),且處于成長(zhǎng)期,還沒有完全成熟。本文主要討論的就是這些還沒有完全成熟的先進(jìn)封裝技術(shù)。

SiP是一個(gè)非常寬泛的概念,廣義上看,它囊括了幾乎所有多芯片封裝技術(shù),但就最先進(jìn)SiP封裝技術(shù)而言,主要包括 2.5D/3D Fan-out(扇出)、Embedded、2.5D/3D Integration,以及異構(gòu)Chiplet封裝技術(shù)。

晶圓級(jí)封裝分為扇入型(Fan-in)和扇出型(Fan-out)。扇入型封裝直接在原硅片上完成,是在原芯片尺寸內(nèi)部將所需要的 I/O排列完成,封裝尺寸基本等于芯片尺寸;扇出型封裝是扇入型的改良版本,制程與扇入型基本一致,不同之處在于其并不是在原始硅片上做,而是將芯片切割下來(lái),然后重組晶圓,這樣做的目的是制造扇出區(qū)的空間。

2.5D/3D Fan-out 由扇出型晶圓級(jí)封裝技術(shù)發(fā)展而來(lái),其I/O數(shù)多達(dá)數(shù)千個(gè),是目前最先進(jìn)的封裝技術(shù),廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備,特別是智能手機(jī)。

據(jù)Yole統(tǒng)計(jì),2021年先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模為374億美元,預(yù)計(jì)2027年之前,將以9.6%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)至650億美元。

目前,廣義層面的先進(jìn)封裝市場(chǎng),倒裝(Flip-chip)的規(guī)模最大,占據(jù)著80%的先進(jìn)封裝市場(chǎng)份額,其次是晶圓級(jí)扇入和扇出型封裝,而晶圓級(jí)封裝相對(duì)于整體先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模還比較小,主要受制于先進(jìn)制程工藝掌握在少數(shù)幾家廠商手中,但從增長(zhǎng)幅度和發(fā)展?jié)摿?lái)看,3D堆疊/ Embedded /晶圓級(jí)扇出型是發(fā)展最快的三大封裝技術(shù)。

到2027年,預(yù)計(jì)2D/3D封裝市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到150億美元,扇出型WLP約為40億美元,扇入型約為30億美元,Embedded 約為2億美元。與傳統(tǒng)封裝相比,先進(jìn)封裝的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,預(yù)計(jì)到2027年將占整個(gè)封裝市場(chǎng)的50%以上。

02、不同業(yè)態(tài)廠商的發(fā)展路線

近些年,除了傳統(tǒng)委外封測(cè)代工廠(OSAT)之外,晶圓代工廠(Foundry)、IDM也在大力發(fā)展先進(jìn)封裝或相關(guān)技術(shù),甚至有IC設(shè)計(jì)公司(Fabless)和OEM也參與其中。

不同業(yè)態(tài)的廠商,其在封裝業(yè)務(wù)方面投入的資源也有所不同,技術(shù)發(fā)展路線也存在差異??傮w而言,最具代表性的企業(yè)包括四家,分別是臺(tái)積電、日月光、英特爾和三星電子,其中,臺(tái)積電和三星電子是Foundry,英特爾是IDM,日月光是OSAT。

由于在發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)和業(yè)務(wù)方面具有前瞻性,再經(jīng)過多年積累和發(fā)展,目前,臺(tái)積電已成為先進(jìn)封裝技術(shù)的引領(lǐng)者,相繼推出了基板上晶圓上的芯片(Chip on Wafer on Substrate, CoWoS)封裝、整合扇出型(Integrated Fan-Out, InFO)封裝、系統(tǒng)整合芯片(System on Integrated Chips, SoIC)等。英特爾則緊追其后,推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等先進(jìn)封裝技術(shù),力圖通過2.5D、3D和埋入式3種異構(gòu)集成形式實(shí)現(xiàn)互連帶寬倍增與功耗減半的目標(biāo)。三星電子相對(duì)落后一些,為了追趕臺(tái)積電,前些年推出了扇出型面板級(jí)封裝(Fan-Out Panel Level Package, FOPLP)技術(shù),在大面積的扇出型封裝上進(jìn)一步降低封裝體的剖面高度、增強(qiáng)互連帶寬、壓縮單位面積成本,目的是取得更高的性價(jià)比。

Foundry方面,由于2.5D/3D封裝技術(shù)中涉及前道工序的延續(xù),晶圓代工廠對(duì)前道制程非常了解,對(duì)整體布線的架構(gòu)有更深刻的理解,因此,在高密度封裝方面,F(xiàn)oundry比傳統(tǒng)OSAT廠更具優(yōu)勢(shì)。另外,F(xiàn)oundry更擅長(zhǎng)扇出型封裝,在這方面的投入更多,主要原因是扇出型封裝的I/O數(shù)量更多,而且定制化程度較高,從發(fā)展情勢(shì)來(lái)看,傳統(tǒng)OSAT廠在扇出型封裝方面將會(huì)受到較大沖擊,未來(lái)的市場(chǎng)份額越來(lái)越小。Yole預(yù)計(jì)到2024年,F(xiàn)oundry將會(huì)占據(jù)71%的扇出型封裝市場(chǎng),而OSAT的市場(chǎng)份額將會(huì)降至19%。

以臺(tái)積電為例,2020年,該公司將其SoIC、InFO、CoWoS等3DIC技術(shù),整合命名為TSMC 3D Fabric,進(jìn)一步將制程工藝和封裝技術(shù)深度整合,以加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

臺(tái)積電用于手機(jī)AP的InFO封裝技術(shù),是幾乎不使用封裝載板的InFO_PoP(Package-on-Package),與OSAT以載板技術(shù)為基礎(chǔ)的FC-PoP分庭抗禮。

最先進(jìn)封裝技術(shù)多用于手機(jī)芯片,如應(yīng)用處理器AP。在手機(jī)AP封裝結(jié)構(gòu)組成中,下層為邏輯IC,上層為DRAM,若采用InFO_PoP技術(shù),芯片客戶必須先采購(gòu)DRAM,但因?yàn)镈RAM有類似期貨的價(jià)格走勢(shì),加上晶圓級(jí)Fan-out成本高昂,近年來(lái),雖然InFO_PoP已經(jīng)發(fā)展到第七代,實(shí)際有量產(chǎn)訂單的,還是以蘋果AP為主。

考慮到DRAM的采購(gòu)成本,臺(tái)積電推出了僅有下層邏輯IC封裝部分的InFO_B(Bottom only)衍生技術(shù),據(jù)了解,聯(lián)發(fā)科等對(duì)于此技術(shù)興趣濃厚,畢竟,手機(jī)AP兼顧效能、功耗、體積、散熱等的發(fā)展趨勢(shì)未變,或許Fan-out技術(shù)正是抗衡高通,追趕蘋果的關(guān)鍵。

一線IC設(shè)計(jì)公司曾指出,手機(jī)芯片廠商雖然有導(dǎo)入Fan-out等先進(jìn)封裝技術(shù)的意愿,但產(chǎn)線會(huì)先鎖定少數(shù)頂級(jí)旗艦級(jí)AP,同時(shí)會(huì)優(yōu)先考慮最具量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的Foundry。日月光、Amkor、長(zhǎng)電等OSAT廠,強(qiáng)項(xiàng)是需求量龐大的載板型FC封裝技術(shù),即便是4nm、3nm制程,F(xiàn)C封裝仍是具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的首選。但是,IC設(shè)計(jì)公司需要更多的差異化產(chǎn)品和服務(wù),在IC設(shè)計(jì)公司取得先進(jìn)制程產(chǎn)能后,進(jìn)入后段封裝流程,市面上唯一具有手機(jī)AP Fan-out封裝大規(guī)模量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的,只有臺(tái)積電。

三星方面,先進(jìn)封裝技術(shù)相對(duì)臺(tái)積電起步較晚,三星原本想以扇出型面板級(jí)封裝(FOPLP)技術(shù)搶奪手機(jī)AP市場(chǎng)份額,然而,三星一直未能很好地解決FOPLP的翹曲等問題,同時(shí),F(xiàn)OPLP封裝的芯片精度無(wú)法與晶圓級(jí)封裝相比,使得良率和成本難題無(wú)法得到改善。目前,采用FOPLP量產(chǎn)的芯片仍然以智能穿戴設(shè)備應(yīng)用為主,還無(wú)法在智能手機(jī)等要求更高的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。

面對(duì)并不成功的FOPLP,三星于2020年推出了3D堆疊技術(shù)“X-Cube”,2021年還對(duì)外宣稱正在開發(fā)“3.5D封裝”技術(shù)。

為了在先進(jìn)封裝技術(shù)方面追趕競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,2022年6月,三星DS事業(yè)部成立了半導(dǎo)體封裝工作組(TF),該部門直接隸屬于DS事業(yè)本部CEO。

作為IDM,英特爾也在積極布局2.5D/3D封裝,其封裝產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)間晚于臺(tái)積電。英特爾2.5D封裝的代表技術(shù)是EMIB,可以對(duì)標(biāo)臺(tái)積電的CoWoS技術(shù),3D封裝技術(shù)Foveros對(duì)標(biāo)臺(tái)積電的InFO。不過,目前及可預(yù)見的未來(lái)一段時(shí)期內(nèi),英特爾的封裝技術(shù)主要用在自家產(chǎn)品上,對(duì)市場(chǎng)造成的影響較小。

與Foundry、IDM相比,傳統(tǒng)OSAT在多功能性基板整合組件方面(比如 SiP 封裝)占據(jù)優(yōu)勢(shì),其市場(chǎng)份額也更大。另外,OSAT擅長(zhǎng)扇入型封裝,仍將是市場(chǎng)的主要玩家。

相對(duì)于Foundry的SiP封裝技術(shù),OSAT廠(日月光等)的優(yōu)勢(shì)在于異構(gòu)集成,例如蘋果手表S系列高密度整合了各種有源和無(wú)源器件,相關(guān)技術(shù)多用于射頻、基站、車用電子等領(lǐng)域的多種器件集成。而Foundry對(duì)該領(lǐng)域的布局意愿不大,主要精力放在了高性能計(jì)算、高端傳感所需的高難度、高密度封裝工藝上。因此,對(duì)于OSAT來(lái)說,異構(gòu)SiP封裝是一個(gè)穩(wěn)定的增量市場(chǎng)。據(jù)Yole統(tǒng)計(jì),2020年,OSAT占據(jù)60%的SiP市場(chǎng)份額,而Foundry和IDM分別占據(jù)14%和25%。

03、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于國(guó)際大廠而言,傳統(tǒng)封裝技術(shù)已經(jīng)被淹沒在“紅海”之中,沒有什么投資價(jià)值了。而隨著先進(jìn)制程工藝發(fā)展與摩爾定律越來(lái)越不匹配,退而求其次,需要在先進(jìn)封裝工藝方面下功夫,這是市場(chǎng)應(yīng)用發(fā)展提出的需求。因此,國(guó)際大廠,特別是在先進(jìn)制程工藝方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位的廠商,無(wú)論是Foundry,還是IDM,都開始在最先進(jìn)封裝領(lǐng)域投下重注,以求在先進(jìn)制程+先進(jìn)封裝融合方面形成護(hù)城河,以在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)更有利的位置。

在發(fā)展最先進(jìn)封裝技術(shù)的道路上,不同業(yè)態(tài)廠商所選擇的路線也有所不同。

傳統(tǒng)OSAT沒有芯片制造的前道工序,其封裝技術(shù)對(duì)與制程工藝的融合和匹配度要求不高,因此,OSAT仍以多芯片的SiP封裝為主要發(fā)展方向。

Foundry則與OSAT正相反,需要發(fā)揮其前道芯片先進(jìn)制造工藝的優(yōu)勢(shì),走的是芯片制造+封裝高度融合的路線。

IDM則介于Foundry和OSAT之間,更加平衡,無(wú)論是晶圓級(jí)封裝,還是先進(jìn)SiP,在IDM那里都有較為廣闊的用武之地。而就目前情況來(lái)看,在與先進(jìn)制程工藝(10nm以下)匹配的先進(jìn)封裝技術(shù)方面,能夠駕馭并愿意投入重注的IDM僅有英特爾一家。由于外售份額非常有限,與頭部Foundry和OSAT相比,英特爾發(fā)展最先進(jìn)封裝技術(shù)以“自?shī)首詷贰睘橹?,未?lái)能否有拓展,就要看該公司晶圓代工業(yè)務(wù)的發(fā)展情況了。

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系原著作權(quán)人。

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半導(dǎo)體先進(jìn)封裝“內(nèi)卷”升級(jí)

IC設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試這兩個(gè)領(lǐng)域,中低端產(chǎn)品和服務(wù)“內(nèi)卷”嚴(yán)重,要想突破這個(gè)怪圈,必須向高端方向發(fā)展。

圖片來(lái)源:Unsplash-Alex Gorin

文|半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

對(duì)于中國(guó)大陸(內(nèi)地)而言,半導(dǎo)體依然屬于朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè),但從全球視角來(lái)看,該行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到很成熟的階段,也經(jīng)常有業(yè)界人士表示,半導(dǎo)體已經(jīng)是夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè),從越來(lái)越激烈的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)來(lái)看,這種說法不無(wú)道理。

當(dāng)下,中國(guó)大陸(內(nèi)地)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),特別是IC設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試,由于參與者眾多,競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇,但整體發(fā)展水平還不高,因此,在這兩個(gè)領(lǐng)域,中低端產(chǎn)品和服務(wù)“內(nèi)卷”嚴(yán)重,要想突破這個(gè)怪圈,必須向高端方向發(fā)展。與此同時(shí),國(guó)際大廠,無(wú)論是IC設(shè)計(jì),晶圓代工,還是封裝測(cè)試,則開始在中高端產(chǎn)品和服務(wù)方面加劇競(jìng)爭(zhēng),特別是在目前全球經(jīng)濟(jì)不景氣的時(shí)段,半導(dǎo)體產(chǎn)品需求疲弱,國(guó)際大廠在高精尖技術(shù)領(lǐng)域的“內(nèi)卷”也在加劇,封裝就是典型代表,因?yàn)榉庋b測(cè)試是半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié),其技術(shù)含量相對(duì)于晶圓代工要低一些,因此,國(guó)際大廠在這部分的“內(nèi)卷”更明顯,且已經(jīng)從傳統(tǒng)封裝技術(shù),延續(xù)到先進(jìn)封裝。

01、先進(jìn)封裝簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)封裝技術(shù)相比,先進(jìn)封裝具有小型化、輕薄化、高密度、低功耗和功能融合等優(yōu)點(diǎn),不僅可以提升性能、拓展功能、優(yōu)化形態(tài),相比系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC),還可以降低成本。

傳統(tǒng)封裝技術(shù)主要包括直插型封裝、表面貼裝、針柵陣列(PGA)等,當(dāng)然,它們下面還有細(xì)分技術(shù)種類,這里就不贅述了。先進(jìn)封裝技術(shù)則可以分為兩個(gè)發(fā)展階段:首先是以球柵陣列、倒裝芯片(Flip-Chip, FC)為代表的技術(shù),它們已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階段;其次是以先進(jìn)系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)、晶圓級(jí)封裝(WLP)為代表的技術(shù),由傳統(tǒng)的二維走向三維封裝,目前,這類技術(shù)最為先進(jìn),且處于成長(zhǎng)期,還沒有完全成熟。本文主要討論的就是這些還沒有完全成熟的先進(jìn)封裝技術(shù)。

SiP是一個(gè)非常寬泛的概念,廣義上看,它囊括了幾乎所有多芯片封裝技術(shù),但就最先進(jìn)SiP封裝技術(shù)而言,主要包括 2.5D/3D Fan-out(扇出)、Embedded、2.5D/3D Integration,以及異構(gòu)Chiplet封裝技術(shù)。

晶圓級(jí)封裝分為扇入型(Fan-in)和扇出型(Fan-out)。扇入型封裝直接在原硅片上完成,是在原芯片尺寸內(nèi)部將所需要的 I/O排列完成,封裝尺寸基本等于芯片尺寸;扇出型封裝是扇入型的改良版本,制程與扇入型基本一致,不同之處在于其并不是在原始硅片上做,而是將芯片切割下來(lái),然后重組晶圓,這樣做的目的是制造扇出區(qū)的空間。

2.5D/3D Fan-out 由扇出型晶圓級(jí)封裝技術(shù)發(fā)展而來(lái),其I/O數(shù)多達(dá)數(shù)千個(gè),是目前最先進(jìn)的封裝技術(shù),廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備,特別是智能手機(jī)。

據(jù)Yole統(tǒng)計(jì),2021年先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模為374億美元,預(yù)計(jì)2027年之前,將以9.6%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)至650億美元。

目前,廣義層面的先進(jìn)封裝市場(chǎng),倒裝(Flip-chip)的規(guī)模最大,占據(jù)著80%的先進(jìn)封裝市場(chǎng)份額,其次是晶圓級(jí)扇入和扇出型封裝,而晶圓級(jí)封裝相對(duì)于整體先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模還比較小,主要受制于先進(jìn)制程工藝掌握在少數(shù)幾家廠商手中,但從增長(zhǎng)幅度和發(fā)展?jié)摿?lái)看,3D堆疊/ Embedded /晶圓級(jí)扇出型是發(fā)展最快的三大封裝技術(shù)。

到2027年,預(yù)計(jì)2D/3D封裝市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到150億美元,扇出型WLP約為40億美元,扇入型約為30億美元,Embedded 約為2億美元。與傳統(tǒng)封裝相比,先進(jìn)封裝的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,預(yù)計(jì)到2027年將占整個(gè)封裝市場(chǎng)的50%以上。

02、不同業(yè)態(tài)廠商的發(fā)展路線

近些年,除了傳統(tǒng)委外封測(cè)代工廠(OSAT)之外,晶圓代工廠(Foundry)、IDM也在大力發(fā)展先進(jìn)封裝或相關(guān)技術(shù),甚至有IC設(shè)計(jì)公司(Fabless)和OEM也參與其中。

不同業(yè)態(tài)的廠商,其在封裝業(yè)務(wù)方面投入的資源也有所不同,技術(shù)發(fā)展路線也存在差異??傮w而言,最具代表性的企業(yè)包括四家,分別是臺(tái)積電、日月光、英特爾和三星電子,其中,臺(tái)積電和三星電子是Foundry,英特爾是IDM,日月光是OSAT。

由于在發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)和業(yè)務(wù)方面具有前瞻性,再經(jīng)過多年積累和發(fā)展,目前,臺(tái)積電已成為先進(jìn)封裝技術(shù)的引領(lǐng)者,相繼推出了基板上晶圓上的芯片(Chip on Wafer on Substrate, CoWoS)封裝、整合扇出型(Integrated Fan-Out, InFO)封裝、系統(tǒng)整合芯片(System on Integrated Chips, SoIC)等。英特爾則緊追其后,推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等先進(jìn)封裝技術(shù),力圖通過2.5D、3D和埋入式3種異構(gòu)集成形式實(shí)現(xiàn)互連帶寬倍增與功耗減半的目標(biāo)。三星電子相對(duì)落后一些,為了追趕臺(tái)積電,前些年推出了扇出型面板級(jí)封裝(Fan-Out Panel Level Package, FOPLP)技術(shù),在大面積的扇出型封裝上進(jìn)一步降低封裝體的剖面高度、增強(qiáng)互連帶寬、壓縮單位面積成本,目的是取得更高的性價(jià)比。

Foundry方面,由于2.5D/3D封裝技術(shù)中涉及前道工序的延續(xù),晶圓代工廠對(duì)前道制程非常了解,對(duì)整體布線的架構(gòu)有更深刻的理解,因此,在高密度封裝方面,F(xiàn)oundry比傳統(tǒng)OSAT廠更具優(yōu)勢(shì)。另外,F(xiàn)oundry更擅長(zhǎng)扇出型封裝,在這方面的投入更多,主要原因是扇出型封裝的I/O數(shù)量更多,而且定制化程度較高,從發(fā)展情勢(shì)來(lái)看,傳統(tǒng)OSAT廠在扇出型封裝方面將會(huì)受到較大沖擊,未來(lái)的市場(chǎng)份額越來(lái)越小。Yole預(yù)計(jì)到2024年,F(xiàn)oundry將會(huì)占據(jù)71%的扇出型封裝市場(chǎng),而OSAT的市場(chǎng)份額將會(huì)降至19%。

以臺(tái)積電為例,2020年,該公司將其SoIC、InFO、CoWoS等3DIC技術(shù),整合命名為TSMC 3D Fabric,進(jìn)一步將制程工藝和封裝技術(shù)深度整合,以加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

臺(tái)積電用于手機(jī)AP的InFO封裝技術(shù),是幾乎不使用封裝載板的InFO_PoP(Package-on-Package),與OSAT以載板技術(shù)為基礎(chǔ)的FC-PoP分庭抗禮。

最先進(jìn)封裝技術(shù)多用于手機(jī)芯片,如應(yīng)用處理器AP。在手機(jī)AP封裝結(jié)構(gòu)組成中,下層為邏輯IC,上層為DRAM,若采用InFO_PoP技術(shù),芯片客戶必須先采購(gòu)DRAM,但因?yàn)镈RAM有類似期貨的價(jià)格走勢(shì),加上晶圓級(jí)Fan-out成本高昂,近年來(lái),雖然InFO_PoP已經(jīng)發(fā)展到第七代,實(shí)際有量產(chǎn)訂單的,還是以蘋果AP為主。

考慮到DRAM的采購(gòu)成本,臺(tái)積電推出了僅有下層邏輯IC封裝部分的InFO_B(Bottom only)衍生技術(shù),據(jù)了解,聯(lián)發(fā)科等對(duì)于此技術(shù)興趣濃厚,畢竟,手機(jī)AP兼顧效能、功耗、體積、散熱等的發(fā)展趨勢(shì)未變,或許Fan-out技術(shù)正是抗衡高通,追趕蘋果的關(guān)鍵。

一線IC設(shè)計(jì)公司曾指出,手機(jī)芯片廠商雖然有導(dǎo)入Fan-out等先進(jìn)封裝技術(shù)的意愿,但產(chǎn)線會(huì)先鎖定少數(shù)頂級(jí)旗艦級(jí)AP,同時(shí)會(huì)優(yōu)先考慮最具量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的Foundry。日月光、Amkor、長(zhǎng)電等OSAT廠,強(qiáng)項(xiàng)是需求量龐大的載板型FC封裝技術(shù),即便是4nm、3nm制程,F(xiàn)C封裝仍是具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的首選。但是,IC設(shè)計(jì)公司需要更多的差異化產(chǎn)品和服務(wù),在IC設(shè)計(jì)公司取得先進(jìn)制程產(chǎn)能后,進(jìn)入后段封裝流程,市面上唯一具有手機(jī)AP Fan-out封裝大規(guī)模量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的,只有臺(tái)積電。

三星方面,先進(jìn)封裝技術(shù)相對(duì)臺(tái)積電起步較晚,三星原本想以扇出型面板級(jí)封裝(FOPLP)技術(shù)搶奪手機(jī)AP市場(chǎng)份額,然而,三星一直未能很好地解決FOPLP的翹曲等問題,同時(shí),F(xiàn)OPLP封裝的芯片精度無(wú)法與晶圓級(jí)封裝相比,使得良率和成本難題無(wú)法得到改善。目前,采用FOPLP量產(chǎn)的芯片仍然以智能穿戴設(shè)備應(yīng)用為主,還無(wú)法在智能手機(jī)等要求更高的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。

面對(duì)并不成功的FOPLP,三星于2020年推出了3D堆疊技術(shù)“X-Cube”,2021年還對(duì)外宣稱正在開發(fā)“3.5D封裝”技術(shù)。

為了在先進(jìn)封裝技術(shù)方面追趕競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,2022年6月,三星DS事業(yè)部成立了半導(dǎo)體封裝工作組(TF),該部門直接隸屬于DS事業(yè)本部CEO。

作為IDM,英特爾也在積極布局2.5D/3D封裝,其封裝產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)間晚于臺(tái)積電。英特爾2.5D封裝的代表技術(shù)是EMIB,可以對(duì)標(biāo)臺(tái)積電的CoWoS技術(shù),3D封裝技術(shù)Foveros對(duì)標(biāo)臺(tái)積電的InFO。不過,目前及可預(yù)見的未來(lái)一段時(shí)期內(nèi),英特爾的封裝技術(shù)主要用在自家產(chǎn)品上,對(duì)市場(chǎng)造成的影響較小。

與Foundry、IDM相比,傳統(tǒng)OSAT在多功能性基板整合組件方面(比如 SiP 封裝)占據(jù)優(yōu)勢(shì),其市場(chǎng)份額也更大。另外,OSAT擅長(zhǎng)扇入型封裝,仍將是市場(chǎng)的主要玩家。

相對(duì)于Foundry的SiP封裝技術(shù),OSAT廠(日月光等)的優(yōu)勢(shì)在于異構(gòu)集成,例如蘋果手表S系列高密度整合了各種有源和無(wú)源器件,相關(guān)技術(shù)多用于射頻、基站、車用電子等領(lǐng)域的多種器件集成。而Foundry對(duì)該領(lǐng)域的布局意愿不大,主要精力放在了高性能計(jì)算、高端傳感所需的高難度、高密度封裝工藝上。因此,對(duì)于OSAT來(lái)說,異構(gòu)SiP封裝是一個(gè)穩(wěn)定的增量市場(chǎng)。據(jù)Yole統(tǒng)計(jì),2020年,OSAT占據(jù)60%的SiP市場(chǎng)份額,而Foundry和IDM分別占據(jù)14%和25%。

03、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于國(guó)際大廠而言,傳統(tǒng)封裝技術(shù)已經(jīng)被淹沒在“紅?!敝?,沒有什么投資價(jià)值了。而隨著先進(jìn)制程工藝發(fā)展與摩爾定律越來(lái)越不匹配,退而求其次,需要在先進(jìn)封裝工藝方面下功夫,這是市場(chǎng)應(yīng)用發(fā)展提出的需求。因此,國(guó)際大廠,特別是在先進(jìn)制程工藝方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位的廠商,無(wú)論是Foundry,還是IDM,都開始在最先進(jìn)封裝領(lǐng)域投下重注,以求在先進(jìn)制程+先進(jìn)封裝融合方面形成護(hù)城河,以在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)更有利的位置。

在發(fā)展最先進(jìn)封裝技術(shù)的道路上,不同業(yè)態(tài)廠商所選擇的路線也有所不同。

傳統(tǒng)OSAT沒有芯片制造的前道工序,其封裝技術(shù)對(duì)與制程工藝的融合和匹配度要求不高,因此,OSAT仍以多芯片的SiP封裝為主要發(fā)展方向。

Foundry則與OSAT正相反,需要發(fā)揮其前道芯片先進(jìn)制造工藝的優(yōu)勢(shì),走的是芯片制造+封裝高度融合的路線。

IDM則介于Foundry和OSAT之間,更加平衡,無(wú)論是晶圓級(jí)封裝,還是先進(jìn)SiP,在IDM那里都有較為廣闊的用武之地。而就目前情況來(lái)看,在與先進(jìn)制程工藝(10nm以下)匹配的先進(jìn)封裝技術(shù)方面,能夠駕馭并愿意投入重注的IDM僅有英特爾一家。由于外售份額非常有限,與頭部Foundry和OSAT相比,英特爾發(fā)展最先進(jìn)封裝技術(shù)以“自?shī)首詷贰睘橹?,未?lái)能否有拓展,就要看該公司晶圓代工業(yè)務(wù)的發(fā)展情況了。

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