群雄競逐先進(jìn)封裝

本文來自微信公眾號(hào)“全球半導(dǎo)體觀察”，作者：張明花。

近日，有媒體報(bào)道稱，臺(tái)積電(TSM.US)正逐步加大先進(jìn)封裝投資力度，并扶植相關(guān)設(shè)備、材料商構(gòu)建生態(tài)鏈，以綁住蘋果(AAPL.US)等大客戶訂單，再次引起業(yè)界對(duì)先進(jìn)封裝的重點(diǎn)關(guān)注。

隨著摩爾定律增速放緩，而終端應(yīng)用產(chǎn)品日漸往智能化趨勢發(fā)展，半導(dǎo)體先進(jìn)封裝在提升芯片產(chǎn)品性能中扮演著日益重要的角色。

先進(jìn)封裝大勢所趨

眾所周知，全球各地相繼啟動(dòng)5G商用，隨著5G時(shí)代到來，5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、自動(dòng)駕駛、智能家居、高性能計(jì)算等應(yīng)用市場日益發(fā)展壯大，對(duì)芯片產(chǎn)品需求也大幅增長，推動(dòng)全球半導(dǎo)體行業(yè)回暖，同時(shí)亦對(duì)芯片產(chǎn)品提出了更高要求。

終端產(chǎn)品在向輕、薄、短、小等微型化發(fā)展，但功能性卻日益增強(qiáng)，促使芯片產(chǎn)品向低價(jià)格、高效能、高整合度、更低成本的趨勢演進(jìn)。一直以來，摩爾定律指引著集成電路不斷向前發(fā)展，縮小晶體管尺寸的同時(shí)亦可提升產(chǎn)品性能，但隨著摩爾定律接近極限、增速趨緩，先進(jìn)封裝技術(shù)成為業(yè)者滿足終端產(chǎn)品性能提升需求的另一路徑。

據(jù)了解，先進(jìn)封裝技術(shù)主要包括倒裝芯片(FC--Flip Chip)、晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝(WLCSP-Wafer Level Chip Scale Package)、扇出型芯片封裝(Fan-out WLP)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP--System in a Package)、2.5D/3D封裝等，從技術(shù)發(fā)展路徑看有兩種，一種路徑是尺寸減少，使其接近芯片大小，如FC、WLCSP、Fan-Out ，另一種路徑是功能性發(fā)展，即強(qiáng)調(diào)異構(gòu)集成，在系統(tǒng)微型化中提供多功能，如SiP、3D封裝等。

簡單而言，WLCSP是對(duì)整個(gè)晶圓進(jìn)行封裝測試后再切割得到單個(gè)成品芯片，封裝后的體積與集成電路的裸芯片基本一致;Fan-out WLP即I/O bumping通過RDL層擴(kuò)展至IC芯片周邊，在滿足I/O數(shù)增大的前提下又不至于使Ball pitch過于縮小;SiP是利用各種堆疊集成技術(shù)，將多個(gè)具有不同功能的芯片及被動(dòng)元件集成到尺寸更小的封裝組件上形成一個(gè)系統(tǒng)......

整體看來，傳統(tǒng)封裝技術(shù)成熟、產(chǎn)能較大，對(duì)于中低端產(chǎn)品或者標(biāo)準(zhǔn)器件而言，傳統(tǒng)封裝更具穩(wěn)定性及規(guī)模優(yōu)勢;相較于傳統(tǒng)封裝，先進(jìn)封裝具有尺寸更小、封裝密度更高、可容納引腳數(shù)量多、集成度高、性能更強(qiáng)、封裝效率更高、可降低生產(chǎn)成本等優(yōu)勢，可滿足對(duì)性能要求高的產(chǎn)品需求。

具體來說，不同的先進(jìn)封裝技術(shù)具有各自的優(yōu)勢，如SiP可以最大限度地優(yōu)化系統(tǒng)性能、避免重復(fù)封裝、縮短開發(fā)周期、降低成本、提高集成度等，可廣泛應(yīng)用于無線通訊、汽車電子、醫(yī)療電子、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域;3D封裝可提高硅片效率、縮短延遲、降低功耗等，主要應(yīng)用于SD存儲(chǔ)器、3D Soc芯片、CIS、RF濾波器、指紋芯片、MEMS等。

有相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近年來先進(jìn)封裝市場保持著良好的增長勢頭，將以8%的年復(fù)合增長率成長，市場規(guī)模預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)440億美元。目前，倒裝芯片(FC)占據(jù)先進(jìn)封裝市場較大份額，扇出型芯片封裝(Fan-out WLP)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)、3D封裝等技術(shù)增速明顯。

目前，市場已反應(yīng)對(duì)先進(jìn)封裝的強(qiáng)烈需求，如高性能計(jì)算方面，高性能計(jì)算機(jī)以及高頻、高速、高可靠、低延遲、微系統(tǒng)集成等需求推動(dòng)了FC、2.5D/3D、Fan-Out等先進(jìn)封裝技術(shù)的應(yīng)用;再如射頻前端模組、毫米波所需的天線封裝模組亦有更多SiP需求，智能手表、TWS耳機(jī)、手機(jī)攝像頭等亦對(duì)SiP有所需求。

先進(jìn)封裝已成大勢所趨，吸引了半導(dǎo)體行業(yè)各大廠商競相投資布局，一場先進(jìn)封裝技術(shù)競逐賽已拉開帷幕，一時(shí)間競爭者眾多。

臺(tái)積電、三星等大廠搶攻

半導(dǎo)體封測行業(yè)包括IDM(整合一體化制造服務(wù))、OSAT(專業(yè)封測代工)兩大商業(yè)模式，近年來，該行業(yè)正在由IDM模式向OSAT模式轉(zhuǎn)型，OSAT廠商逐漸在封測業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。

在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域上，OSAT廠商具備規(guī)模及成本優(yōu)勢，占據(jù)絕對(duì)地位;然而，在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，近年來IDM及晶圓代工廠商大力發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)，正在蠶食原本屬于OSAT廠商的市場份額，盡管OSAT廠商目前亦占據(jù)較多的先進(jìn)封裝產(chǎn)能，但仍將面臨來自跨界競爭壓力。

一位業(yè)內(nèi)人士表示，早前由于先進(jìn)封裝技術(shù)研發(fā)需要投入巨資、技術(shù)門檻亦較高，傳統(tǒng)OSAT只有頭部廠商有條件涉足，臺(tái)積電為鎖定大客戶訂單、滿足客戶對(duì)于產(chǎn)品性能升級(jí)需求以及快速交付產(chǎn)品等，近年來大舉進(jìn)軍先進(jìn)封裝領(lǐng)域，三星、英特爾等IDM廠商亦在重點(diǎn)布局，臺(tái)積電等在先進(jìn)封裝技術(shù)領(lǐng)域已走在前列。

No.1 臺(tái)積電

臺(tái)積電被視為先進(jìn)封裝技術(shù)領(lǐng)先者，其開發(fā)了包括CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)、整合型扇出封裝技術(shù)InFO(Integrated Fan-Out, InFO)、SoIC(System on Integrated Chip, SoIC)等創(chuàng)新技術(shù)。憑借其先進(jìn)封裝技術(shù)優(yōu)勢，臺(tái)積電與蘋果簽署了獨(dú)家代工合同，獨(dú)占蘋果iPhone代工訂單多年，包括iPhone 7、iPhone 8、iPhone X等多代產(chǎn)品。

對(duì)于臺(tái)積電而言，先進(jìn)封裝已成為其持續(xù)發(fā)展的成熟業(yè)務(wù)。目前，臺(tái)積電的InFO已進(jìn)入第四代的量產(chǎn)。根據(jù)年報(bào)，2019年臺(tái)積電已大量生產(chǎn)第四代整合型扇出層疊封裝技術(shù)(Integrated Fan-Out Packageon-Package, InFO-PoP)，第五代InFO-PoP和第二代整合型扇出暨封裝基板技術(shù)(InFO on Substrate, InFO_oS)也分別通過了認(rèn)證。

此外，臺(tái)積電于2012年推出CoWoS技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展至第四代、第五代，第四代CoWoS藉由擴(kuò)大硅中介層的尺寸而進(jìn)一步提高封裝整體性能。2019年年報(bào)顯示，其正在開發(fā)的第五代CoWoS的中介層面積高達(dá)2400平方毫米，并同時(shí)考慮了新的芯片架構(gòu)，例如小芯片、系統(tǒng)整合芯片以及第三代高頻寬記憶體(HBM3)。

臺(tái)積電還開發(fā)了創(chuàng)新的晶圓級(jí)封裝技術(shù)——系統(tǒng)整合芯片(System on Integrated Chip, SoIC)，是以關(guān)鍵的銅到銅接合結(jié)構(gòu)，搭配TSV以實(shí)現(xiàn)最先進(jìn)的3D IC技術(shù)，可將多個(gè)小芯片整合成一個(gè)面積更小與輪廓更薄的系統(tǒng)單晶片，根據(jù)2019年年報(bào)，臺(tái)積電已完成SoIC制程認(rèn)證，開發(fā)出微米級(jí)接合間距制程， 并獲得極高的電性良率與可靠度數(shù)據(jù)。

No.2 英特爾

除了臺(tái)積電，英特爾（INTC.US）作為IDM廠商在推進(jìn)先進(jìn)制程的同時(shí)也在發(fā)力先進(jìn)封裝技術(shù)，希望通過晶體管、封裝和芯片設(shè)計(jì)協(xié)同優(yōu)化進(jìn)步以推動(dòng)摩爾定律發(fā)展演進(jìn)。

2017年，英特爾推出了EMIB(Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，嵌入式多芯片互連橋接)封裝技術(shù)，可將不同類型、不同工藝的芯片IP靈活地組合在一起，類似一個(gè)松散的SoC。2018年12月，英特爾再推出Foveros 3D堆疊封裝技術(shù)，可以通過在水平布置的芯片之上垂直安置更多面積更小、功能更簡單的小芯片來讓方案整體具備更完整的功能。

2019年7月， 英特爾在SEMICON West 大會(huì)上分享了三項(xiàng)全新先進(jìn)封裝技術(shù)技術(shù)，Co-EMIB、全方位互連技術(shù)ODI(Omni-Directional Interconnect)、全新裸片間接口技術(shù)MDIO。Co-EMIB可以理解為EMIB和Foveros兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合，在水平物理層互連和垂直互連的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)Foveros 3D堆疊之間的水平互連。

No.3 三星

三星電子方面，媒體報(bào)道稱其將在先進(jìn)封裝上加大投入，以期與臺(tái)積電一較高下。據(jù)了解，2015年在丟失蘋果iPhone處理器代工訂單后，三星電子成立了特別工作小組，目標(biāo)開發(fā)先進(jìn)封裝FOPLP技術(shù)。2018年，三星電子FOPLP技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用，應(yīng)用于其自家智能手手表Galaxy Watch的處理器封裝應(yīng)用中。

2019年10月，三星電子宣布已率先開發(fā)出12層3D-TSV技術(shù)。三星電子方面表示，這是大規(guī)模生產(chǎn)高性能芯片的最具挑戰(zhàn)性的封裝技術(shù)之一，該技術(shù)可垂直堆疊12個(gè)DRAM芯片，它們通過60000個(gè)TSV互連，每一層的厚度僅有頭發(fā)絲的1/20。

除了臺(tái)積電、英特爾、三星電子等幾家在先進(jìn)封裝領(lǐng)域表現(xiàn)突出外，還有如存儲(chǔ)器大廠美光也開始自建封測產(chǎn)線、中國本土晶圓代工廠中芯國際與OSAT廠商長電科技合作投建封測廠中芯長電主攻先進(jìn)封裝......

本土OSAT廠商競相布局

臺(tái)積電等已跑在前方，OSAT企業(yè)亦緊隨其后不斷發(fā)力先進(jìn)封裝。

目前，OSAT產(chǎn)業(yè)已形成較穩(wěn)定的競爭格局，根據(jù)集邦咨詢旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的2020第一季全球前十大封測業(yè)者排名，日月光、安靠、長電科技位列前三，后面依次為矽品、力成、通富微電、華天科技、京元電、南茂、頎邦。從地區(qū)劃分來看，全球前十大封測業(yè)者主要分布于中國大陸和中國臺(tái)灣，其中中國大陸占據(jù)三席。

如今，先進(jìn)封裝已成為OSAT大廠角力新戰(zhàn)場，日月光等頭部廠商等持續(xù)在2.4D/3D IC、SiP、Fan-out/Fan-in WLP、Flip Chip、Bumping及Optical Package等領(lǐng)域研究開發(fā)，先進(jìn)封裝技術(shù)在OSAT企業(yè)處于領(lǐng)先地位。

大陸方面，盡管本土涉足封測業(yè)務(wù)的企業(yè)數(shù)量不少，但大部分整體規(guī)模較小，主要從事低腳數(shù)封裝業(yè)務(wù)，擁有先進(jìn)封裝技術(shù)的內(nèi)資企業(yè)僅為少數(shù)。不過，長電科技、通富微電、華天科技、晶方科技等幾大廠商近年來經(jīng)過自主研發(fā)及兼收并購等，整體技術(shù)水平得到較大提升，在先進(jìn)封裝技術(shù)上取得較為明顯的突破，與國際先進(jìn)水平的差距正在逐漸縮小。

No.1 長電科技

本土封測龍頭廠商長電科技在并購吸收了新加坡封測廠商星科金朋后，技術(shù)水平大幅提升，已擁有Fan-out eWLB、WLCSP、SiP、BUMP、PoP等系列先進(jìn)封裝技術(shù)，WLCSP、FOWLP產(chǎn)品已大規(guī)模量產(chǎn)出貨，亦具備完整的3D TSV封裝技術(shù)開發(fā)與量產(chǎn)能力。年報(bào)顯示，長電科技2019年先進(jìn)封裝生產(chǎn)量284.81億只、銷售量283.16億只，實(shí)現(xiàn)銷售額200.46億元，銷售占比達(dá)85.21%。

(圖片來源：截圖于長電科技2019年年度報(bào)告)

2020年5月，長電科技宣布研發(fā)出更高密度的雙面封裝SiP工藝，成功于2020年4月通過全球行業(yè)領(lǐng)先客戶的認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)雙面封裝SiP產(chǎn)品的量產(chǎn)。在這項(xiàng)技術(shù)工藝中，長電科技設(shè)計(jì)的雙面封裝SiP產(chǎn)品成功應(yīng)用了雙面高密度、高精度SMT工藝，將大量的主被動(dòng)元器件貼裝在基板兩面，器件間的間距更是小到只有幾十微米。

(圖片來源：長電科技量產(chǎn)雙面封裝SiP產(chǎn)品)

在不斷提高先進(jìn)封裝技術(shù)水平的同時(shí)，長電科技近兩年來也在不斷擴(kuò)充先進(jìn)封裝的產(chǎn)能。

今年6月3日，長電集成電路(紹興)有限公司300mm集成電路中道先進(jìn)封裝生產(chǎn)線項(xiàng)目一期廠房工程正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目總投資額為80億元，其中一期達(dá)產(chǎn)后將具備年封裝300mm芯片48萬片的能力，主要聚焦于先進(jìn)封裝領(lǐng)域，將被廣泛應(yīng)用于5G相關(guān)領(lǐng)域。

7月7日，長電科技高密度系統(tǒng)級(jí)封裝模組項(xiàng)目廠房順利封頂，新廠房建筑面積超4萬平方米，預(yù)計(jì)2021年1月交付并投入使用，模組封裝產(chǎn)品年產(chǎn)量將達(dá)36億顆。該項(xiàng)目將進(jìn)一步提升長電科技的高端封裝技術(shù)能力與產(chǎn)能。

No.2 通富微電

通富微電方面，近年來收購了AMD蘇州及AMD檳城各85%股權(quán)，并先后在南通、合肥、廈門各地布局，產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，先進(jìn)封裝技術(shù)也得到較大幅度提升。根據(jù)其2019年年報(bào)，通富微電WLCSP、FC、SiP、高可靠汽車電子封裝技術(shù)、BGA基板設(shè)計(jì)及封裝技術(shù)及高密度Bumping技術(shù)等已全部實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，2.5D封裝技術(shù)研發(fā)中。

在通富微電的崇川、蘇通、合肥、蘇州、馬來西亞檳城五處生產(chǎn)基地以及廈門參股公司中，通富超威蘇州及通富超威檳城在先進(jìn)封裝領(lǐng)域具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，形成了以倒裝封裝為主的技術(shù)線路，主要量產(chǎn)技術(shù)包括FCBGA、FCPGA、FCLGA、MCM，其主要從事CPU、GPU、APU、游戲機(jī)芯片等高端產(chǎn)品的封裝測試。

目前，通富微電正擬定增募資不超過40億元投建集成電路封裝測試二期工程、車載品智能封裝測試中心建設(shè)、高性能中央處理器等集成電路封裝測試項(xiàng)目等項(xiàng)目。這次的募投項(xiàng)目主要是進(jìn)一步將先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?。近日公告披露，通富微電這次定增申請已獲得中國證監(jiān)會(huì)的批準(zhǔn)。

No.3 華天科技

至于華天科技，近年來亦通過并購整合及自主研發(fā)不斷提升先進(jìn)封裝技術(shù)和產(chǎn)能。2014年11月，華天科技宣布收購美國公司FCI及其子公司，隨后又于2019年收購馬來西亞封測廠商Unisem。根據(jù)華天科技2019年年報(bào)，公司現(xiàn)已掌握了MCM(MCP)、BGA/LGA、3D、SiP、MEMS、FC、TSV、Bumping、Fan-Out、WLP、Memory等先進(jìn)封裝技術(shù)，完成三維垂直互連硅基埋入式扇出封裝技術(shù)(3D-eSiFO)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)eSiFO封裝技術(shù)的三維垂直互連集成封裝。

同樣的，華天科技亦在不斷擴(kuò)產(chǎn)及布局先進(jìn)封裝。2018年7月，華天科技宣布將在南京浦口經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)投資建設(shè)南京集成電路先進(jìn)封測產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目。該項(xiàng)目總投資80億元、分三期建設(shè)，主要進(jìn)行存儲(chǔ)器、MEMS、人工智能等集成電路產(chǎn)品的封裝測試。最新消息顯示，南京基地于7月18日正式投產(chǎn)。

除了新建南京基地外，華天的昆山基地也進(jìn)行了擴(kuò)建。2018年11月，華天科技昆山公司高可靠性車用晶圓級(jí)先進(jìn)封裝生產(chǎn)線項(xiàng)目簽約，該項(xiàng)目總投資20億元，將利用華天昆山公司現(xiàn)有空地建設(shè)廠房，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后年新增傳感器高可靠性晶圓級(jí)集成電路先進(jìn)封裝可達(dá)36萬片。近日有消息顯示，該項(xiàng)目已進(jìn)入沖刺階段。

No.4 晶方科技

與前三者略有不同，晶方科技本身專注于傳感器領(lǐng)域的先進(jìn)封裝技術(shù)服務(wù)，具備8英寸、12英寸的先進(jìn)WLCSP技術(shù)規(guī)模量產(chǎn)能力，亦是國內(nèi)主要的指紋識(shí)別TSV先進(jìn)封裝廠商。

晶方科技早年引進(jìn)吸收了以色列晶圓封裝技術(shù)，2014年通過收購DRAM專業(yè)封測廠智瑞達(dá)電子，擁有了LGA、BGA、SiP模組等封裝技術(shù)和模組制造能力，并推出了傳感器扇出型系統(tǒng)級(jí)(Fan-out SiP)封裝技術(shù)。2019年，晶方科技又參與并購荷蘭Anteryon公司，拓展了其光學(xué)器件的設(shè)計(jì)與技術(shù)制造能力。

目前，晶方科技正在定增募資不超過14.02億元用于集成電路12英寸TSV及異質(zhì)集成智能傳感器模塊項(xiàng)目。據(jù)披露，該項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容圍繞影像傳感器和生物身份識(shí)別傳感器兩大產(chǎn)品領(lǐng)域，項(xiàng)目建成后將形成年產(chǎn)18萬片的生產(chǎn)能力。該定增申請已獲中國證監(jiān)會(huì)發(fā)行審核委員會(huì)審核通過。

綜上可見，大陸本土四大OSAT廠商的先進(jìn)封裝技術(shù)已然具備一定水平并基本形成產(chǎn)業(yè)化能力，亦正在競相進(jìn)一步加碼布局，以期進(jìn)一步縮小與國際先進(jìn)水平的差距。不過，隨著海外并購審核趨嚴(yán)以及可選標(biāo)的減少，本土廠商先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展未來將更多地依靠自主研發(fā)及國內(nèi)整合。

結(jié)語

總體而言，先進(jìn)封裝已成群雄必爭之地，隨著晶圓代工廠和IDM廠商的挺進(jìn)以及OSAT企業(yè)的加碼布局、市場需求的持續(xù)增長，圍繞先進(jìn)封裝的競逐賽將愈演愈烈，本土封測廠商能否在這場競逐賽中優(yōu)勝，對(duì)于大陸封測產(chǎn)業(yè)甚至整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)均至關(guān)重要。

（編輯：張金亮）