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近日，有臺灣地區(qū)媒體報(bào)道，臺積電已將2.5D封裝技術(shù)CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）業(yè)務(wù)的部分流程（On Substrate，簡稱oS）外包給了OSAT廠商，主要集中在小批量定制產(chǎn)品方面。而類似的合作模式預(yù)計(jì)將在未來的3D IC封裝中繼續(xù)存在。 CoWoS技術(shù)先將芯片通過Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連接至硅晶圓，再把CoW芯片與基板連接（oS）。臺積電擁有高度自動化的晶圓級封裝技術(shù)，而oS流程無法實(shí)現(xiàn)自動化的部分較多，需要更多人力，而日月光（ASE）、矽品、安靠（Amkor）等頂尖OSAT廠商在oS流程處理方面的經(jīng)驗(yàn)更多。在過去幾年里，臺積電已經(jīng)陸續(xù)將部分封裝業(yè)務(wù)的oS流程外包給了上述OSAT廠商，包括使用FOWLP和InFO封裝工藝的HPC芯片。消息人士稱，在封裝業(yè)務(wù)方面，臺積電最賺錢的是晶圓級SiP技術(shù)，如CoW和WoW，其次是FOWLP和InFO，而oS的利潤最低。由于異構(gòu)芯片集成需求顯著增長，預(yù)計(jì)臺積電會將更多的低利潤封裝業(yè)務(wù)交給OSAT。無論以上消息是否屬實(shí)，在制程工藝進(jìn)步艱難的當(dāng)下，先進(jìn)封裝的重要性愈加凸出，而臺積電作為領(lǐng)先企業(yè)，其先進(jìn)制程和封裝高度融合能力將引領(lǐng)今后幾年的芯片封裝市場，相應(yīng)舉動對市場格局也會產(chǎn)生影響。
先進(jìn)封裝市場快速升溫Yole預(yù)測，2017~2022 年，全球先進(jìn)封裝技術(shù)：2.5D&3D，F(xiàn)an-out，F(xiàn)lip-Chip的收入年復(fù)合增長率分別為28%、36%和8%，而同期全球封測行業(yè)收入年復(fù)合增長率為3.5%，明顯領(lǐng)先于傳統(tǒng)封裝市場。2021年，OSAT廠商將花費(fèi)不低于67億美元用于先進(jìn)封裝的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備采購和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。此外，不只是OSAT，臺積電和英特爾也在先進(jìn)封裝上花費(fèi)巨大。在這場競賽中，最搶眼的有5家企業(yè)，分別是日月光、臺積電、英特爾、Amkor和江蘇長電（JCET）。其中，臺積電計(jì)劃在2021年斥資25億至28億美元，以基于其 InFO、CoWoS 和 SoIC 的產(chǎn)品線來建設(shè)封裝廠。Yole估計(jì)，臺積電在2020年從先進(jìn)封裝中獲得了36億美元的營收。另外，OSAT霸主日月光宣布，將向其晶圓級封裝業(yè)務(wù)投入20億美元；英特爾則宣布，將在美國亞利桑那州投資200億美元建設(shè)晶圓廠，并擴(kuò)大其在亞利桑那州和俄勒岡州工廠的Foveros/EMIB封裝業(yè)務(wù)，此外，還將投資先進(jìn)封裝的合作項(xiàng)目，這方面的合作對象主要是臺積電。先進(jìn)封測技術(shù)可以提高封裝效率、降低成本、提供更好的性價(jià)比。目前來看，先進(jìn)封裝主要包括倒裝（Flip Chip）、凸塊（Bumping）、晶圓級封裝（Wafer level package）、2.5D封裝、3D封裝（TSV）等技術(shù)。先進(jìn)封裝在誕生之初只有WLP、2.5D和3D這幾種，近年來，先進(jìn)封裝向各個(gè)方向快速發(fā)展，而每個(gè)開發(fā)相關(guān)技術(shù)的公司都將自己的技術(shù)獨(dú)立命名，如臺積電的InFO、CoWoS，日月光的FoCoS，Amkor的SLIM、SWIFT等。在中國大陸地區(qū)，2015年以前，只有長電科技能夠躋身全球前十，而在2017年，三家封測企業(yè)營收分別增長 25%、28%、42%。長電科技一躍成為全球OSAT行業(yè)中收入的第3名。在技術(shù)儲備方面， 在大陸三大龍頭封測企業(yè)當(dāng)中，長電科技的先進(jìn)封裝技術(shù)優(yōu)勢最為突出。據(jù)悉，其掌握了Fan-out eWLB（embedded wafer level BGA），WLCSP（wafer-level chip scale packaging），SiP，Bumping，PoP（package on package）等高端封裝技術(shù)。
5G需求最強(qiáng)烈隨著手機(jī)越來越輕薄，在有限的空間里要塞入更多組件，這就要求芯片的制造技術(shù)和封裝技術(shù)都要更先進(jìn)才能滿足市場需求。特別是在5G領(lǐng)域，要用到MIMO技術(shù)，天線數(shù)量和射頻前端（RFFE）組件（PA、射頻開關(guān)、收發(fā)器等）的數(shù)量大增，而這正是先進(jìn)封裝技術(shù)大顯身手的時(shí)候。目前來看，SiP技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)較為成熟的階段，由于SoC良率提升難度較大。為了滿足多芯片互聯(lián)、低功耗、低成本、小尺寸的需求，SIP是一個(gè)不錯的選擇。SiP從封裝的角度出發(fā)，將多種功能芯片，如處理器、存儲器等集成在一個(gè)封裝模塊內(nèi)，成本相對于SoC大幅度降低。另外，晶圓制造工藝已經(jīng)來到7nm時(shí)代，后續(xù)還會往5nm、3nm挑戰(zhàn)，但伴隨而來的是工藝難度將會急劇上升，芯片級系統(tǒng)集成的難度越來越大。SIP給芯片集成提供了一個(gè)既滿足性能需求又能減少尺寸的解決方案。而為了滿足5G的需求，在SiP的基礎(chǔ)上，封裝技術(shù)還在演進(jìn)。通過更先進(jìn)的封裝技術(shù)，可解決產(chǎn)品尺寸過大、耗電及散熱等問題，并利用封裝方式將天線埋入終端產(chǎn)品，以提升傳輸速度。以5G手機(jī)為例，應(yīng)用講究輕薄短小、傳輸快速，且整體效能取決于核心的應(yīng)用處理器（AP）芯片，而隨著5G高頻波段的啟用，負(fù)責(zé)傳輸信號的射頻前端（RFFE）和天線設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜，需要先進(jìn)封裝技術(shù)的支持。
競爭加劇近幾年，雖然排名前十的廠商一直未有大的變化，但是它們之間的競爭激烈程度與日俱增，特別是市場對先進(jìn)封裝技術(shù)的需求量快速增長，這也逐漸成為了優(yōu)秀封測企業(yè)的試金石。不僅是傳統(tǒng)的OSAT封測企業(yè)，近些年，一些IDM和晶圓代工廠也在企業(yè)內(nèi)部大力發(fā)展封測業(yè)務(wù)，以提升其生產(chǎn)效率和自主能力，而且，這些企業(yè)研發(fā)的一般都是先進(jìn)的封測技術(shù)。在這類企業(yè)中，典型代表就是臺積電、三星和英特爾。如臺積電的InFO（Integrated Fan-Out），就是其標(biāo)志性技術(shù)。另外還有CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝技術(shù)。該技術(shù)是為解決能耗問題而發(fā)展出的2.5D封裝解決方案。此外，臺積電還在研發(fā)和推廣其3D封裝技術(shù)——SoIC。近些年，為了提升綜合競爭力，三星也在發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)，但與臺積電相比還是有差距。代表技術(shù)是“面板級扇出型封裝”FOPLP)，F(xiàn)OPLP是將輸入/輸出端子電線轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體芯片外部，提高性能的同時(shí)，也能降低生產(chǎn)成本。英特爾自研的先進(jìn)封裝技術(shù)是EMIB（嵌入式多芯片互連橋接）2D封裝 和 Foveros 3D封裝。此外，還有用于以上封裝的先進(jìn)芯片互連技術(shù)，包括Co-EMIB、ODI和MDIO。有了IDM和晶圓代工廠的加入，封測業(yè)的競爭或許將更加激烈，在多方勢力的競逐下，在不久的將來，不知道傳統(tǒng)OSAT封測企業(yè)的格局是否會被打破。先進(jìn)制程工藝對封裝提出了更高要求，或者說，先進(jìn)封裝在一定程度上可以彌補(bǔ)制程工藝的不足。因此，最近幾年，臺積電和三星不斷在3D先進(jìn)封裝技術(shù)方面加大投入，爭取把更多的先進(jìn)技術(shù)掌握在自己手中。在臺積電2021 線上技術(shù)研討會期間，該公司披露了3DFabric系統(tǒng)整合解決方案，并將持續(xù)擴(kuò)展由三維硅堆棧及先進(jìn)封裝技術(shù)組成的3DFabric。臺積電指出，針對高性能運(yùn)算應(yīng)用，將于2021年提供更大的光罩尺寸，以支持整合型扇出暨封裝基板（InFO_oS）和CoWoSR封裝方案，運(yùn)用范圍更大的布局規(guī)劃來整合chiplet及高帶寬內(nèi)存。此外，系統(tǒng)整合芯片方面，芯片堆棧于晶圓之上的版本預(yù)計(jì)今年完成7nm的驗(yàn)證，并于2022年在嶄新的全自動化晶圓廠開始生產(chǎn)。針對移動應(yīng)用，臺積電則推出了InFO_B解決方案，將移動處理器整合于輕薄精巧的封裝之中，提供強(qiáng)化的性能和功耗效率，并且支持移動設(shè)備芯片制造廠商封裝時(shí)所需的動態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存堆棧。臺積電還將先進(jìn)封裝的業(yè)務(wù)拓展到了日本，這也需要一筆可觀的投資。日本經(jīng)產(chǎn)省表示，臺積電將在日本茨城縣筑波市設(shè)立研發(fā)據(jù)點(diǎn)，總經(jīng)費(fèi)約370億日元，日本政府將出資總經(jīng)費(fèi)約5成予以支持。據(jù)悉，擁有領(lǐng)先封裝技術(shù)的日本企業(yè)Ibiden、半導(dǎo)體裝置廠商芝浦機(jī)械（Shibaura Machine ）等與半導(dǎo)體有關(guān)的約20家日本企業(yè)有望參與研發(fā)，重點(diǎn)就是“小芯片”和3D封裝技術(shù)。三星研發(fā)的3D封裝技術(shù)為X-Cube，該技術(shù)利用TSV封裝，可讓多個(gè)芯片進(jìn)行堆疊，制造出單一的邏輯芯片。三星在7nm制程的測試過程中，利用TSV 技術(shù)將SRAM 堆疊在邏輯芯片頂部，這也使得在電路板的配置上，可在更小的面積上裝載更多的存儲單元。X-Cube還有諸多優(yōu)點(diǎn)，如芯片間的信號傳遞距離更短，以及將數(shù)據(jù)傳送、能量效率提升到最高。三星表示，X-Cube可讓芯片工程師在進(jìn)行定制化解決方案的設(shè)計(jì)過程中，能享有更多彈性，也更貼近他們的特殊需求。2020年至今，日月光在先進(jìn)封裝研發(fā)方面取得了多項(xiàng)成果，具體包括：覆晶封裝方面，實(shí)現(xiàn)了7nm/10nm芯片制程技術(shù)認(rèn)證，14nm/16nm銅制程/超低介電芯片覆晶封裝應(yīng)用、銀合金線于混合式覆晶球格陣列式封裝技術(shù)；焊線封裝方面，開發(fā)了第二代先進(jìn)整合組件內(nèi)埋封裝技術(shù)、超細(xì)間距與線徑銅/金焊線技術(shù)，移動式存儲技術(shù)、晶圓級扇出式RDL 打線封裝；晶圓級封裝方面，有扇出型30um芯片厚度研磨前切割技術(shù)、8 Hi HBM CPD晶圓高精準(zhǔn)度(+/-2um)研磨技術(shù)、晶圓穿導(dǎo)孔、玻璃基板封裝、晶圓級芯片尺寸六面保護(hù)封裝技術(shù)開發(fā)、扇出型PoP芯片產(chǎn)品開發(fā)、晶粒貼合晶圓制程技術(shù)；先進(jìn)封裝與模組方面，開發(fā)了低功耗天線設(shè)計(jì)與封裝技術(shù)、可彎曲基板及封裝技術(shù)、雙面薄化無線通訊模組技術(shù)、5G天線封裝等；面板級封裝方面，開發(fā)了扇出型動態(tài)補(bǔ)償光罩之面板級封裝技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，日月光將在2021年持續(xù)擴(kuò)大先進(jìn)制程與產(chǎn)能規(guī)模，特別是在5G、SiP、感應(yīng)器、車用電子及智能型裝置方面，會進(jìn)一步加大投入力度。此外，預(yù)計(jì)多芯片及感應(yīng)器相關(guān)需求會增加。
結(jié)語封裝對于提升芯片整體性能越來越重要，隨著先進(jìn)封裝朝著小型化和集成化的方向發(fā)展，技術(shù)壁壘不斷提高。未來，先進(jìn)封裝市場規(guī)模有望快速提升，技術(shù)領(lǐng)先的龍頭廠商則會享受最大紅利。
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