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晶圓廠與封測(cè)廠攜手,共筑先進(jìn)封裝新未來(lái)

北京中科同志科技股份有限公司 ? 2024-09-24 10:48 ? 次閱讀
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引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展,摩爾定律逐漸逼近物理極限,傳統(tǒng)依靠縮小晶體管尺寸來(lái)提升性能的方法面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此背景下,先進(jìn)封裝技術(shù)作為超越摩爾定律的重要途徑,正成為半導(dǎo)體行業(yè)新的焦點(diǎn)。晶圓廠和封測(cè)廠齊發(fā)力,共同推動(dòng)先進(jìn)封裝技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用,為半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。本報(bào)告將深入探討先進(jìn)封裝技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的影響。

一、先進(jìn)封裝技術(shù)的重要性日益凸顯

1.1摩爾定律的放緩與封裝技術(shù)的崛起

摩爾定律指出,集成電路上可容納的晶體管數(shù)目大約每18至24個(gè)月就會(huì)翻一倍,處理器性能大約每?jī)赡攴槐叮瑫r(shí)價(jià)格下降為之前的一半。然而,隨著工藝制程進(jìn)入10nm以下,芯片設(shè)計(jì)成本快速提高,且越來(lái)越接近物理極限,摩爾定律明顯放緩。根據(jù)International Business Strategies (IBS)的數(shù)據(jù),16nm工藝的芯片設(shè)計(jì)成本為1.06億美元,而5nm則增至5.42億美元。

面對(duì)這一挑戰(zhàn),業(yè)界開(kāi)始將研發(fā)重點(diǎn)從“如何把芯片變得更小”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭绾伟研酒獾酶 ?。先進(jìn)封裝技術(shù)通過(guò)提高集成度和性能、降低成本,成為延續(xù)摩爾定律的重要途徑。

1.2先進(jìn)封裝技術(shù)的定義與功能

芯片封裝是用特定材料、工藝技術(shù)對(duì)芯片進(jìn)行安放、固定、密封,保護(hù)芯片性能,并將芯片上的接點(diǎn)連接到封裝外殼上,實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部功能的外部延伸。芯片封裝完成后,還需進(jìn)行芯片測(cè)試以確保封裝的芯片符合性能要求。通常認(rèn)為,集成電路封裝主要有電氣特性的保持、芯片保護(hù)、應(yīng)力緩和及尺寸調(diào)整配合四大功能。

二、先進(jìn)封裝技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展現(xiàn)狀

2.1封裝技術(shù)的五個(gè)發(fā)展階段

迄今為止,全球集成電路封裝技術(shù)一共經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段:

通孔插裝時(shí)代:以DIP(雙列直插封裝)、SIP(單列直插封裝)技術(shù)為代表。

表面貼裝時(shí)代:以LCC(無(wú)引線芯片載體)、SOP(小外形封裝)為代表,用引線替代引腳并貼裝在PCB板上。

面積陣列時(shí)代:以BGA(球柵陣列封裝)、CSP(芯片尺寸封裝)、FC(倒裝焊封裝)等先進(jìn)封裝技術(shù)為代表,封裝體積大幅縮減,系統(tǒng)性能顯著提升。

多芯片封裝與系統(tǒng)級(jí)封裝時(shí)代:MCM(多芯片模塊)、SiP(系統(tǒng)級(jí)封裝)、Bumping等技術(shù)快速發(fā)展,封裝技術(shù)從單芯片封裝向多芯片封裝、從封裝元件向封裝系統(tǒng)演變。

立體結(jié)構(gòu)封裝時(shí)代:MEMS微機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)封裝)、TSV(硅通孔)、FO(扇出型封裝)等立體結(jié)構(gòu)型封裝技術(shù)相繼出現(xiàn),封裝產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)入復(fù)雜集成時(shí)代。

2.2當(dāng)前主流技術(shù)與未來(lái)趨勢(shì)

當(dāng)前,全球封裝行業(yè)的主流技術(shù)處于以CSP、BGA為主的第三階段,并向以SiP、FC、Bumping為代表的第四階段和第五階段封裝技術(shù)邁進(jìn)。根據(jù)SemiconductorEngineering預(yù)測(cè),全球半導(dǎo)體封裝市場(chǎng)規(guī)模將由2020年的650.4億美元增長(zhǎng)至2027年的1186億美元,復(fù)合增長(zhǎng)率為6.6%。其中,先進(jìn)封裝復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)傳統(tǒng)封裝,有望于2027年市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)傳統(tǒng)封裝,達(dá)到616億美元。

先進(jìn)封裝技術(shù)多樣,包括FO、WLCSP(晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝)、FCCSP(倒裝芯片級(jí)封裝)、FCBGA、2.5D封裝、3D封裝、SiP等。這些技術(shù)通過(guò)提高集成度和性能、降低成本,滿足市場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備小型化、系統(tǒng)化和信息傳遞速度不斷提升的需求。

三、晶圓廠和封測(cè)廠在先進(jìn)封裝中的角色與發(fā)力

3.1晶圓廠的優(yōu)勢(shì)與布局

晶圓廠在先進(jìn)封裝中的地位領(lǐng)先,尤其是高端封裝的實(shí)現(xiàn)越來(lái)越依賴前道技術(shù)。臺(tái)積電、英特爾三星等晶圓廠憑借先進(jìn)封裝需求走高,封裝收入在全球市場(chǎng)中占據(jù)重要地位。

臺(tái)積電:早在2008年便成立集成互連與封裝技術(shù)整合部門(mén),專(zhuān)門(mén)研究先進(jìn)封裝技術(shù)。目前,臺(tái)積電已形成CoWoS、InFO、SoIC技術(shù)陣列,并在2020年宣布將其2.5D和3D封裝產(chǎn)品合并為一個(gè)全面的品牌3DFabric技術(shù),進(jìn)一步加速3D IC生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新及完備。

英特爾:同樣在先進(jìn)封裝領(lǐng)域投入巨資,通過(guò)不斷迭代新型封裝技術(shù),提升產(chǎn)品性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

三星:在3D封裝技術(shù)方面取得顯著進(jìn)展,通過(guò)TSV等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間的垂直互聯(lián),提高集成度和性能。

3.2封測(cè)廠的專(zhuān)業(yè)化與創(chuàng)新

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)垂直分工造就專(zhuān)業(yè)委外封裝測(cè)試企業(yè)(OSAT)。封測(cè)廠通過(guò)專(zhuān)業(yè)化服務(wù),為晶圓廠提供高質(zhì)量的封裝測(cè)試解決方案。在先進(jìn)封裝領(lǐng)域,頭部OSAT廠商如安靠、日月光、長(zhǎng)電科技等憑借技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模效應(yīng),不斷推動(dòng)封裝技術(shù)的進(jìn)步。

四、先進(jìn)封裝技術(shù)的市場(chǎng)前景與機(jī)遇

4.1市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)潛力

根據(jù)Yole的預(yù)測(cè),全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)將持續(xù)增長(zhǎng)。2023年全球先進(jìn)封裝營(yíng)收為378億美元,占半導(dǎo)體封裝市場(chǎng)的44%,預(yù)計(jì)2024年將增長(zhǎng)13%至425億美元,2029年增長(zhǎng)至695億美元,CAGR達(dá)11%。其中,2.5D/3D封裝增速最快,高端封裝市場(chǎng)規(guī)模將從2023年的43億美元增長(zhǎng)至2029年的280億美元,CAGR達(dá)37%。

4.2應(yīng)用領(lǐng)域與市場(chǎng)需求

先進(jìn)封裝技術(shù)在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。在高性能計(jì)算領(lǐng)域,先進(jìn)封裝技術(shù)通過(guò)提高集成度和性能,滿足超算和AI芯片對(duì)算力和帶寬的極致需求;在消費(fèi)電子領(lǐng)域,隨著智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品的不斷迭代升級(jí),對(duì)芯片封裝技術(shù)的要求也越來(lái)越高;在汽車(chē)電子和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,先進(jìn)封裝技術(shù)通過(guò)提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,保障產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3國(guó)產(chǎn)替代與全球競(jìng)爭(zhēng)

面對(duì)美國(guó)等國(guó)家的制裁和技術(shù)封鎖,中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)加速國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。在先進(jìn)封裝領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)企業(yè)如長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技等憑借技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)拓展,逐步縮小與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)的差距。未來(lái),隨著全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的持續(xù)復(fù)蘇和中國(guó)市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng),國(guó)產(chǎn)先進(jìn)封裝技術(shù)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間。

五、結(jié)論與展望

先進(jìn)封裝技術(shù)作為超越摩爾定律的重要途徑,正成為半導(dǎo)體行業(yè)新的焦點(diǎn)。晶圓廠和封測(cè)廠齊發(fā)力,共同推動(dòng)先進(jìn)封裝技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用,為半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。未來(lái),隨著全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的持續(xù)復(fù)蘇和中國(guó)市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng),先進(jìn)封裝技術(shù)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間。同時(shí),國(guó)內(nèi)企業(yè)需加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)拓展,提高國(guó)產(chǎn)先進(jìn)封裝技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,為半導(dǎo)體行業(yè)的自主可控貢獻(xiàn)力量。

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