3.3D先進封裝、玻璃基板、小芯片Chiplet、3D堆疊SoIC...新一代先進封裝技術奔涌而來，三星電子、英特爾、臺積電、日月光等企業(yè)加碼投資擴產，誰將站在下一代先進封裝發(fā)展浪頭引領行業(yè)發(fā)展？

三星電子正開發(fā)“3.3D先進封裝技術”，目標2026年第二季度量產

近日，據韓媒報道，三星電子正在開發(fā)面向AI半導體芯片的新型3.3D先進封裝技術，并計劃于2026年二季度實現量產。據悉，這項封裝技術整合了三星電子多項先進異構集成技術。

圖片來源：三星

在概念圖中，GPU（AI計算芯片）與LCC緩存通過垂直堆疊的方式形成一個整體，與HBM內存進行互聯。在兩者之間使用硅橋芯片來直接連接裸晶，而在銅RDL重布線層上引入了透明介質來代替價格更高的硅中介層。這種設計能夠在不犧牲芯片性能的前提下降低22%的生產成本。

此外，三星電子還計劃在其3.3D封裝技術中引入面板級（PLP）封裝。大型方形載板將取代面積有限的圓形晶圓，從而進一步提高封裝生產效率。目前，由臺積電主導的先進封裝代工市場主要由無晶圓廠設計企業(yè)占據份額，因此三星電子希望通過推出新一代3.3D封裝技術，在價格和生產效率上具有顯著優(yōu)勢，以爭取更多無晶圓廠設計企業(yè)的訂單。

與此同時，近日，三星電子對先進封裝（AVP）團隊和設備技術實驗所進行重組，以提升整體技術競爭力。同時進行改組的還有三星電子負責半導體業(yè)務的設備解決方案（DS）部門。據悉，該部門新設HBM研發(fā)組。三星電子副社長、高性能DRAM設計專家孫永洙（音譯）擔任該研發(fā)組組長，帶領團隊集中研發(fā)HBM3、HBM3E和新一代HBM4技術。

TrendForce集邦咨詢指出，自臺積電于2016年開發(fā)命名為整合扇出型封裝（InFO）的扇出型晶圓級封裝（FOWLP）技術，并應用于iPhone7 手機所使用的A10處理器后，專業(yè)封測代工廠(OSAT)業(yè)者競相發(fā)展FOWLP及扇出型面板級封裝（Fan-out Panel Level Package, FOPLP）技術，以提供單位成本更低的封裝解決方案。

自第二季起，超威半導體（AMD）等芯片業(yè)者積極接洽臺積電及OSAT業(yè)者以FOPLP技術進行芯片封裝，帶動業(yè)界對FOPLP技術的關注。根據全球市場研究機構TrendForce集邦咨詢調查，在FOPLP封裝技術導入上，三種主要模式包括「OSAT業(yè)者將消費性IC封裝方式自傳統封裝轉換至FOPLP」；「專業(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(wafer level)轉換至面板級(panel level)」；「面板業(yè)者封裝消費性IC」等三大方向。

從FOPLP技術對封測產業(yè)發(fā)展的影響面來看，第一，OSAT業(yè)者可提供低成本的封裝解決方案，提升在既有消費性IC的市占，甚至跨入多芯片封裝、異質整合的業(yè)務；第二，面板業(yè)者跨入半導體封裝業(yè)務；第三，foundry及OSAT業(yè)者可壓低2.5D封裝模式的成本結構，甚至借此進一步將2.5D封裝服務自既有的AI GPU市場推廣至消費性IC市場；第四，GPU業(yè)者可擴大AI GPU的封裝尺寸。

TrendForce集邦咨詢認為，FOPLP技術的優(yōu)勢及劣勢、發(fā)展機會及挑戰(zhàn)并存。主要優(yōu)勢為低單位成本及大封裝尺寸，只是技術及設備體系尚待發(fā)展，技術商業(yè)化的進程存在高度不確定性，預估目前FOPLP封裝技術發(fā)展在消費性IC及AI GPU應用的量產時間點，可能分別落于2024年下半年至2026年，以及2027-2028年。

玻璃基板量產元年在即，多家大廠加速布局

近日，英特爾、AMD、三星、LGInnotek、SKC美國子公司Absolics等均將目光高度聚焦到應用于先進封裝的玻璃基板技術中。玻璃基板技術因其優(yōu)異的性能，已成為先進封裝領域冉冉升起的新星。

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構穩(wěn)定性（硅芯片非常脆弱），也是傳輸信號的手段。自上世紀70年代以來，芯片基板設計發(fā)生了多次演變，金屬框架在90年代被陶瓷所取代，然后在世紀之交陶瓷又被有機封裝所取代。而當前的處理器廣泛使用主要是有機基板。

英特爾認為，有機基板也將在未來幾年達到其能力的極限，因為公司(行業(yè)其他公司亦是)將生產面向數據中心的系統級封裝（SiP），具有數十個小瓦片（tile），功耗可能高達數千瓦。此類SiP需要小芯片（chiplet）之間非常密集的互連，同時確保整個封裝在生產過程中或使用過程中不會因熱量而彎曲。

由此，玻璃基板應用而生。在去年9月，英特爾在官網公布了號稱是“下一代先進封裝的玻璃基板技術”，稱或將顛覆整個芯片封裝領域。玻璃基板是指用玻璃取代有機封裝中的有機材料，并不意味著用玻璃取代整個基板。因此，英特爾不會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。

與有機基板相比，玻璃基板玻璃具有獨特的特性，例如超低平整度和更好的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，可將互連密度提高10倍。據英特爾所言，玻璃基板能使單個封裝中的芯片面積增加五成，從而塞進更多的Chiplet；且玻璃平整度、能將光學鄰近效應（OPE）減少50%，提高光刻聚焦深度。

有機基板和玻璃基板的對比（圖源：Intel）

英特爾稱，玻璃基板可能為未來十年內在單個封裝上實現驚人的1萬億個晶體管奠定基礎。基于對其的良好預期，近期行業(yè)內傳來最新消息，英特爾計劃最快2026年量產玻璃基板。在玻璃基板技術上，英特爾已投入了約十年時間，目前其在美國亞利桑那州擁有一條完全集成的玻璃研發(fā)線。該公司表示，這條生產線的成本超過10億美元，為了使其正常運行，需要與設備和材料合作伙伴合作，建立一個完整的生態(tài)系統。且行業(yè)內目前僅有少數公司能夠負擔得起此類投資，而英特爾似乎是迄今為止唯一一家開發(fā)出玻璃基板的公司。

除了英特爾，SKC美國子公司Absolics、AMD、三星等也看到了玻璃基板廣闊的發(fā)展前景。

2022年，SKC美國子公司Absolics在美國佐治亞州科文頓市斥資約3000億韓元（約合2.22億美元）建立了第一家專門生產玻璃基板的工廠。近日，該公司宣布工廠竣工并開始批量生產原型產品。業(yè)界分析，這標志著全球玻璃基板市場進入關鍵時刻。

三星則已組建由三星電機、三星電子和三星顯示器部門組成的聯盟，研發(fā)玻璃基板，目標在2026年開始大規(guī)模量產，意圖比英特爾更快地實現商業(yè)化。據報道，三星電機計劃在今年9月前在試驗生產線上安裝所有必要的設備，并于第四季度開始運營。外媒消息顯示，三星電機供應商的選擇已經完成，Philoptics、Chemtronics、JoongwooM-Tech和德國LPKF等公司負責為該裝置提供零部件。報道稱，該裝置旨在簡化生產并遵守三星嚴格的安全和自動化標準。

AMD則計劃于2025~2026年推出玻璃基板，并與全球元件公司合作，保持領先地位。據韓媒報道，AMD正對全球多家主要半導體基板企業(yè)的玻璃基板樣品進行性能評估測試，計劃將這一先進基板技術導入半導體制造。此次參與評估測試的上游企業(yè)包括新光電氣、欣興電子、三星電機和AT&S（奧特斯）。此前，AMD一直同韓國SKC旗下的Absolix進行玻璃基板領域的合作。此次測試多家企業(yè)樣品被視為AMD正式確認引入該技術并準備建立成熟量產體系的標志。

圖片來源：拍信網

相關從業(yè)者指出，玻璃雖能克服翹曲、電氣性能也較好，然而缺點包括易碎、難加工等。業(yè)界認為，在實際交付之前實現量產良率還需要一段時間。公司的前期投資成本也很高。即使公司在技術開發(fā)上投入巨資，如果業(yè)務無法盈利，它也會成為沉沒成本。

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鏈，因為需要更換設備，并且需要進一步驗證與玻璃材料相關的可靠性。”“量產的標準化工作是必須要做的，但量產時的良率是不確定的。”但從長遠來看，行業(yè)共識是應該發(fā)展玻璃基板。

目前，包括SCHMID等新公司的出現以及激光設備供應商、顯示器制造商、化學品供應商等的參與，行業(yè)內圍繞玻璃芯基板逐漸生成了一些新興供應鏈，形成了多樣化生態(tài)系統。行業(yè)各方正在建立合作和伙伴關系，以應對與玻璃基板制造相關的技術和物流挑戰(zhàn)，這表明各方正共同努力，充分發(fā)揮其潛力。

AI人工智能在當代的蓬勃發(fā)展，使得玻璃基板經過此前近十年的孕育中破土而出，它遇到了最適合它的時代。在英特爾看來，玻璃基板將首先被引入到能夠最大程度利用其的市場：需要更大外形封裝（即數據中心、人工智能、圖形）和更高速度能力的應用程序和工作負載。

日月光針對先進封裝擴產，多項先進封裝新技術值得期待

近日，日月光投控召開股東大會，首席運營官（COO）吳田玉表示，到2025年AI先進封裝需求持續(xù)強勁，今年AI相關CoWoS先進封裝營收，會比原先預期增加2.5億美元以上，包括CoWoS等先進封裝測試營收占比可提高，加速營收復蘇。

去年，日月光通過子公司ISELabs，斥資2400萬美元在美國加州圣何塞建設測試產線，吳田玉預計7月12日將有該廠投產的剪彩儀式。針對未來布局，目前該公司已敲定在加州弗里蒙特建造第二家芯片測試工廠的計劃，并也將于7月12日正式公布該項目以及投資規(guī)模。該公司還在墨西哥托納拉購買了土地，用于建造芯片封裝和測試工廠。后續(xù)也將依據需求擴充產能，均不排除在日本、美國、墨西哥擴增先進封裝產能。

先進封裝技術的日益發(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）新互聯技術，以應對人工智能發(fā)展帶來的多樣化小芯片整合設計和先進封裝。該技術通過微凸塊(microbump)技術使用新型金屬疊層，可將芯片與晶圓互聯間距大幅縮小。日月光表示，提升小芯片級互聯技術可開拓應用領域，除了AI芯片之外，也可擴展至手機應用處理器、MCU微控制器等關鍵芯片。

據悉，Chiplet是異構的一個基本方面。行業(yè)人士表示，小芯片方法代表了一種新興的半導體設計理念，它將兩個或多個分立芯片組合在分解的 SiP 設計中。與可能的單片替代方案相比，小芯片提供了更大的設計靈活性、更快的上市時間、更高的良率和經濟效益。小芯片的功能涵蓋典型處理器 SoC 中的基本知識產權 (IP) 塊，包括中央處理單元 (CPU)、圖形處理單元 (GPU)、神經處理單元 (NPU)、I/O 和內存控制器以及接口、高速緩存存儲器和模擬功能（SerDes、PLL、DAC、ADC、PHY 等）。

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目前Chiplet已成為算力芯片的主流方案，AMD、Intel等半導體巨頭共同成立了UCIe產業(yè)聯盟，Nvdia A100/H100、AMD MI300等主流產品均采用了Chiplet方案，國內算力芯片廠商亦在快速跟進。

此外，日月光控股表示，公司將持續(xù)投資新技術，2023年就一共開發(fā)七大技術，包括以覆晶封裝進行高頻寬記憶體第三代堆迭技術、智慧打線瑕疵檢測技術、扇出型封裝內埋橋接芯片與被動元件、3D電壓調節(jié)模組先進封裝技術、以內埋式深銅堆聲產品開發(fā)面板級封裝，高整合度SiP封裝通訊模組方案以及光學模組封裝技術開發(fā)等。

臺積電全面擴張CoWoS產能，SoIC先進封裝同受青睞

臺積電方面，本月初中國臺媒消息顯示，臺積電正全面擴張CoWoS產能，已在中國臺灣地區(qū)云林縣虎尾園區(qū)覓得一處先進封裝廠建設用地。對于此消息，臺積電沒有回應。

據臺積電預計，AI加速發(fā)展帶動先進封裝CoWos需求快速增長，目前其CoWos產能供應緊張，2024-2025年將擴產。業(yè)內人士分析，臺積電2024年月CoWoS產量將翻倍成長至4萬片，2025年升至5.5萬~6萬片，2026年進一步達到7萬~8萬片。

為了實現產能增長目標，臺積電在CoWoS產線、設備等方面積極投資。在新CoWoS廠上，臺積電南科嘉義園區(qū)P1晶圓廠已于今年4月動工，但近期因發(fā)掘出疑似遺址停工，臺積電轉而啟動同地P2晶圓廠建設；臺積電此前還有在苗栗縣銅鑼鄉(xiāng)建設CoWoS工廠的計劃，但遭遇了水土問題。而在設備方面，臺積電已于去年4月、6月、10月以及今年的2月下達了四波CoWoS工藝設備訂單，目前仍持續(xù)追單。這也很大程度的拉動著半導體設備行業(yè)的業(yè)績。

臺積電正在積極提高CoWoS封裝產能的同時，也在積極推動下一代SoIC封裝方案落地投產。近日據行業(yè)媒體消息，在AMD之后，蘋果公司在SoIC封裝方案上已經擴大和臺積電的合作，預估在2025年使用該技術。

臺積電目前已經整合封裝工藝構建3D Fabric系統，其中分為3個部分：3D堆疊技術的SoIC系列、先進封裝CoWoS系列以及InFo系列。其中，SoIC處于前段封裝，于2018年4月公開，是臺積電基于CoWoS與多晶圓堆疊(WoW)封裝技術開發(fā)出的新一代創(chuàng)新封裝技術，這標志著臺積電已具備直接為客戶生產3D IC的能力。該技術于2022年就已經開始小量投產，而且臺積電計劃2026年產能擴大20倍以上。

據悉，AMD是臺積電SoIC的首發(fā)客戶，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)點的晶粒進行異質整合，目前在位于竹南的第五座封測廠AP6生產。此外，蘋果對SoIC封裝也非常感興趣，將采取SoIC搭配Hybridmolding（熱塑碳纖板復合成型技術），目前正小量試產，預計2025~2026年量產，計劃應用在Mac上。

封面圖片來源：拍信網