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(tái)積電、日月光等企業(yè)加碼投資擴(kuò)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？

近日，據(jù)韓媒報(bào)道，三星電子正在開(kāi)發(fā)面向AI半導(dǎo)體芯片的新型3.3D先進(jìn)封裝技術(shù)，并計(jì)劃于2026年二季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)悉，這項(xiàng)封裝技術(shù)整合了三星電子多項(xiàng)先進(jìn)異構(gòu)集成技術(shù)。

圖片來(lái)源：三星

在概念圖中，GPU（AI計(jì)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(nèi)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(shè)計(jì)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(jì)劃在其3.3D封裝技術(shù)中引入面板級(jí)（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(tái)積電主導(dǎo)的先進(jìn)封裝代工市場(chǎng)主要由無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)企業(yè)占據(jù)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)效率上具有顯著優(yōu)勢(shì)，以爭(zhēng)取更多無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)企業(yè)的訂單。

與此同時(shí)，近日，三星電子對(duì)先進(jìn)封裝（AVP）團(tuán)隊(duì)和設(shè)備技術(shù)實(shí)驗(yàn)所進(jìn)行重組，以提升整體技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)進(jìn)行改組的還有三星電子負(fù)責(zé)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的設(shè)備解決方案（DS）部門(mén)。據(jù)悉，該部門(mén)新設(shè)HBM研發(fā)組。三星電子副社長(zhǎng)、高性能DRAM設(shè)計(jì)專(zhuān)家孫永洙（音譯）擔(dān)任該研發(fā)組組長(zhǎng)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(tái)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(jí)封裝（FOWLP）技術(shù)，并應(yīng)用于iPhone7 手機(jī)所使用的A10處理器后，專(zhuān)業(yè)封測(cè)代工廠(OSAT)業(yè)者競(jìng)相發(fā)展FOWLP及扇出型面板級(jí)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(dǎo)體（AMD）等芯片業(yè)者積極接洽臺(tái)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(duì)FOPLP技術(shù)的關(guān)注。根據(jù)全球市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢(xún)調(diào)查，在FOPLP封裝技術(shù)導(dǎo)入上，三種主要模式包括「OSAT業(yè)者將消費(fèi)性IC封裝方式自傳統(tǒng)封裝轉(zhuǎn)換至FOPLP」；「專(zhuān)業(yè)晶圓代工廠（foundry）、OSAT業(yè)者封裝AI GPU，將2.5D封裝模式自晶圓級(jí)(wafer level)轉(zhuǎn)換至面板級(jí)(panel level)」；「面板業(yè)者封裝消費(fèi)性IC」等三大方向。

從FOPLP技術(shù)對(duì)封測(cè)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(fèi)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，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(fèi)性IC市場(chǎng)；第四，GPU業(yè)者可擴(kuò)大AI GPU的封裝尺寸。

TrendForce集邦咨詢(xún)認(rèn)為，F(xiàn)OPLP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)、發(fā)展機(jī)會(huì)及挑戰(zhàn)并存。主要優(yōu)勢(shì)為低單位成本及大封裝尺寸，只是技術(shù)及設(shè)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(yù)估目前FOPLP封裝技術(shù)發(fā)展在消費(fèi)性IC及AI GPU應(yīng)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，多家大廠加速布局

近日，英特爾、AMD、三星、LGInnotek、SKC美國(guó)子公司Absolics等均將目光高度聚焦到應(yīng)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(hù)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（硅芯片非常脆弱），也是傳輸信號(hào)的手段。自上世紀(jì)70年代以來(lái)，芯片基板設(shè)計(jì)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(jì)之交陶瓷又被有機(jī)封裝所取代。而當(dāng)前的處理器廣泛使用主要是有機(jī)基板。

英特爾認(rèn)為，有機(jī)基板也將在未來(lái)幾年達(dá)到其能力的極限，因?yàn)楣?行業(yè)其他公司亦是)將生產(chǎn)面向數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP），具有數(shù)十個(gè)小瓦片（tile），功耗可能高達(dá)數(shù)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(yīng)用而生。在去年9月，英特爾在官網(wǎng)公布了號(hào)稱(chēng)是“下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板技術(shù)”，稱(chēng)或?qū)㈩嵏舱麄€(gè)芯片封裝領(lǐng)域。玻璃基板是指用玻璃取代有機(jī)封裝中的有機(jī)材料，并不意味著用玻璃取代整個(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(jī)基板相比，玻璃基板玻璃具有獨(dú)特的特性，例如超低平整度和更好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，可將互連密度提高10倍。據(jù)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(yīng)（OPE）減少50%，提高光刻聚焦深度。

有機(jī)基板和玻璃基板的對(duì)比（圖源：Intel）

英特爾稱(chēng)，玻璃基板可能為未來(lái)十年內(nèi)在單個(gè)封裝上實(shí)現(xiàn)驚人的1萬(wàn)億個(gè)晶體管奠定基礎(chǔ)?；趯?duì)其的良好預(yù)期，近期行業(yè)內(nèi)傳來(lái)最新消息，英特爾計(jì)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(guó)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(yùn)行，需要與設(shè)備和材料合作伙伴合作，建立一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)。且行業(yè)內(nèi)目前僅有少數(shù)公司能夠負(fù)擔(dān)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(guó)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(guó)子公司Absolics在美國(guó)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。近日，該公司宣布工廠竣工并開(kāi)始批量生產(chǎn)原型產(chǎn)品。業(yè)界分析，這標(biāo)志著全球玻璃基板市場(chǎng)進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)刻。

三星則已組建由三星電機(jī)、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(biāo)在2026年開(kāi)始大規(guī)模量產(chǎn)，意圖比英特爾更快地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報(bào)道，三星電機(jī)計(jì)劃在今年9月前在試驗(yàn)生產(chǎn)線(xiàn)上安裝所有必要的設(shè)備，并于第四季度開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。外媒消息顯示，三星電機(jī)供應(yīng)商的選擇已經(jīng)完成，Philoptics、Chemtronics、JoongwooM-Tech和德國(guó)LPKF等公司負(fù)責(zé)為該裝置提供零部件。報(bào)道稱(chēng)，該裝置旨在簡(jiǎn)化生產(chǎn)并遵守三星嚴(yán)格的安全和自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)。

AMD則計(jì)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(jù)韓媒報(bào)道，AMD正對(duì)全球多家主要半導(dǎo)體基板企業(yè)的玻璃基板樣品進(jìn)行性能評(píng)估測(cè)試，計(jì)劃將這一先進(jìn)基板技術(shù)導(dǎo)入半導(dǎo)體制造。此次參與評(píng)估測(cè)試的上游企業(yè)包括新光電氣、欣興電子、三星電機(jī)和AT&S（奧特斯）。此前，AMD一直同韓國(guó)SKC旗下的Absolix進(jìn)行玻璃基板領(lǐng)域的合作。此次測(cè)試多家企業(yè)樣品被視為AMD正式確認(rèn)引入該技術(shù)并準(zhǔn)備建立成熟量產(chǎn)體系的標(biāo)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(rèn)為，在實(shí)際交付之前實(shí)現(xiàn)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(yīng)鏈，因?yàn)樾枰鼡Q設(shè)備，并且需要進(jìn)一步驗(yàn)證與玻璃材料相關(guān)的可靠性?！薄傲慨a(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化工作是必須要做的，但量產(chǎn)時(shí)的良率是不確定的。”但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，行業(yè)共識(shí)是應(yīng)該發(fā)展玻璃基板。

目前，包括SCHMID等新公司的出現(xiàn)以及激光設(shè)備供應(yīng)商、顯示器制造商、化學(xué)品供應(yīng)商等的參與，行業(yè)內(nèi)圍繞玻璃芯基板逐漸生成了一些新興供應(yīng)鏈，形成了多樣化生態(tài)系統(tǒng)。行業(yè)各方正在建立合作和伙伴關(guān)系，以應(yīng)對(duì)與玻璃基板制造相關(guān)的技術(shù)和物流挑戰(zhàn)，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(dāng)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(shù)據(jù)中心、人工智能、圖形）和更高速度能力的應(yīng)用程序和工作負(fù)載。

日月光針對(duì)先進(jìn)封裝擴(kuò)產(chǎn)，多項(xiàng)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(yùn)營(yíng)官（COO）吳田玉表示，到2025年AI先進(jìn)封裝需求持續(xù)強(qiáng)勁，今年AI相關(guān)CoWoS先進(jìn)封裝營(yíng)收，會(huì)比原先預(yù)期增加2.5億美元以上，包括CoWoS等先進(jìn)封裝測(cè)試營(yíng)收占比可提高，加速營(yíng)收復(fù)蘇。

去年，日月光通過(guò)子公司ISELabs，斥資2400萬(wàn)美元在美國(guó)加州圣何塞建設(shè)測(cè)試產(chǎn)線(xiàn)，吳田玉預(yù)計(jì)7月12日將有該廠投產(chǎn)的剪彩儀式。針對(duì)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(cè)試工廠的計(jì)劃，并也將于7月12日正式公布該項(xiàng)目以及投資規(guī)模。該公司還在墨西哥托納拉購(gòu)買(mǎi)了土地，用于建造芯片封裝和測(cè)試工廠。后續(xù)也將依據(jù)需求擴(kuò)充產(chǎn)能，均不排除在日本、美國(guó)、墨西哥擴(kuò)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(yīng)對(duì)人工智能發(fā)展帶來(lái)的多樣化小芯片整合設(shè)計(jì)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(jí)互聯(lián)技術(shù)可開(kāi)拓應(yīng)用領(lǐng)域，除了AI芯片之外，也可擴(kuò)展至手機(jī)應(yīng)用處理器、MCU微控制器等關(guān)鍵芯片。

據(jù)悉，Chiplet是異構(gòu)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(dǎo)體設(shè)計(jì)理念，它將兩個(gè)或多個(gè)分立芯片組合在分解的 SiP 設(shè)計(jì)中。與可能的單片替代方案相比，小芯片提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性、更快的上市時(shí)間、更高的良率和經(jīng)濟(jì)效益。小芯片的功能涵蓋典型處理器 SoC 中的基本知識(shí)產(chǎn)權(quán) (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(nèi)存控制器以及接口、高速緩存存儲(chǔ)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(dǎo)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(guó)內(nèi)算力芯片廠商亦在快速跟進(jìn)。

此外，日月光控股表示，公司將持續(xù)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(cè)技術(shù)、扇出型封裝內(nèi)埋橋接芯片與被動(dòng)元件、3D電壓調(diào)節(jié)模組先進(jìn)封裝技術(shù)、以?xún)?nèi)埋式深銅堆聲產(chǎn)品開(kāi)發(fā)面板級(jí)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(tái)積電全面擴(kuò)張CoWoS產(chǎn)能，SoIC先進(jìn)封裝同受青睞

臺(tái)積電方面，本月初中國(guó)臺(tái)媒消息顯示，臺(tái)積電正全面擴(kuò)張CoWoS產(chǎn)能，已在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)云林縣虎尾園區(qū)覓得一處先進(jìn)封裝廠建設(shè)用地。對(duì)于此消息，臺(tái)積電沒(méi)有回應(yīng)。

據(jù)臺(tái)積電預(yù)計(jì)，AI加速發(fā)展帶動(dòng)先進(jìn)封裝CoWos需求快速增長(zhǎng)，目前其CoWos產(chǎn)能供應(yīng)緊張，2024-2025年將擴(kuò)產(chǎn)。業(yè)內(nèi)人士分析，臺(tái)積電2024年月CoWoS產(chǎn)量將翻倍成長(zhǎng)至4萬(wàn)片，2025年升至5.5萬(wàn)~6萬(wàn)片，2026年進(jìn)一步達(dá)到7萬(wàn)~8萬(wàn)片。

為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能增長(zhǎng)目標(biāo)，臺(tái)積電在CoWoS產(chǎn)線(xiàn)、設(shè)備等方面積極投資。在新CoWoS廠上，臺(tái)積電南科嘉義園區(qū)P1晶圓廠已于今年4月動(dòng)工，但近期因發(fā)掘出疑似遺址停工，臺(tái)積電轉(zhuǎn)而啟動(dòng)同地P2晶圓廠建設(shè)；臺(tái)積電此前還有在苗栗縣銅鑼鄉(xiāng)建設(shè)CoWoS工廠的計(jì)劃，但遭遇了水土問(wèn)題。而在設(shè)備方面，臺(tái)積電已于去年4月、6月、10月以及今年的2月下達(dá)了四波CoWoS工藝設(shè)備訂單，目前仍持續(xù)追單。這也很大程度的拉動(dòng)著半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)的業(yè)績(jī)。

臺(tái)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(jù)行業(yè)媒體消息，在AMD之后，蘋(píng)果公司在SoIC封裝方案上已經(jīng)擴(kuò)大和臺(tái)積電的合作，預(yù)估在2025年使用該技術(shù)。

臺(tái)積電目前已經(jīng)整合封裝工藝構(gòu)建3D Fabric系統(tǒng)，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(tái)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(biāo)志著臺(tái)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(tái)積電計(jì)劃2026年產(chǎn)能擴(kuò)大20倍以上。

據(jù)悉，AMD是臺(tái)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(jié)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(cè)廠AP6生產(chǎn)。此外，蘋(píng)果對(duì)SoIC封裝也非常感興趣，將采取SoIC搭配Hybridmolding（熱塑碳纖板復(fù)合成型技術(shù)），目前正小量試產(chǎn)，預(yù)計(jì)2025~2026年量產(chǎn)，計(jì)劃應(yīng)用在Mac上。