先进封装大战打响

最近两天,先进封装技术在中国台湾地区掀起了新一波热潮,焦点企业是AMD和台积电。

本周,AMD宣布携手台积电,开发出了3D chiplet技术,并且将于今年年底量产相应芯片。AMD总裁兼CEO苏姿丰表示,该封装技术具有突破性,采用先进的hybrid bond技术,将AMD的chiplet架构与3D堆栈结合,提供比2D chiplet高出超过200倍的互连密度,以及比现有3D封装解决方案高出15倍的密度。据悉,AMD与台积电合作开发的这项技术,功耗低于现有的3D解决方案,也是全球最具弹性的active-on-active硅晶堆栈技术。

当下,作为Fabless和Foundry两大领域最杰出的代表,这两家企业对先进封装技术的关注程度,也代表了业界的普遍共识。

Yole的数据显示,2021年,外包半导体封装和测试(OSAT)企业将花费不低于67亿美元用于先进封装的技术研发、设备采购和基础设施建设。此外,不只是OSAT,台积电和英特尔也在先进封装上花费巨大。

在这场竞赛中,最抢眼的有5家企业,分别是日月光(ASE)、台积电、英特尔、Amkor和江苏长电(JCET)。其中,台积电计划在2021年斥资25亿至28亿美元,以基于其 INFO、CoWoS 和 SoIC 的产品线来建设封装厂。Yole估计,台积电在2020年从先进封装中获得了36亿美元的营收。

另外,OSAT霸主ASE宣布,将向其晶圆级封装业务投入20亿美元;英特尔则宣布,将在美国亚利桑那州投资200亿美元建设晶圆厂,并扩大其在亚利桑那州和俄勒冈州工厂的Foveros/EMIB封装业务,此外,还将投资先进封装的合作项目,这方面的合作对象主要是台积电。

先进封装大战打响

图:2021年预计用于先进封装的资本支出,资料来源:Yole

然而,回顾过去两年,全球先进封装市场经历了起伏。

2019年,在总价值680亿美元的封装市场中,先进芯片封装市场价值约290亿美元。当时,有市场分析师表示,2019至2025年间,先进封装市场的复合年增长率(CAGR)将达到6.6%。该市场的主要驱动力是摩尔定律放缓,催生出异质集成,同时包括5G、人工智能、高性能计算和物联网在内的应用也在推动着先进封装市场的发展。在这样的背景下,到2025年,先进封装将占整个封装市场份额的50%左右。

然而,进入2020年以后,突如其来的疫情对半导体业产生了较大影响,先进封装市场业未能幸免,全年出现萎缩,同比减少了7%,而传统封装市场则减少了15%左右。

但进入2021年以后,半导体市场发展明显好转,先进封装市场水涨船高。在即将到来的下半年,各大厂商必定会在这方面进一步加大投入力度,以争取先机。

台积电引领先进封装

本周,在台积电2021 线上技术研讨会期间,除了介绍先进制程的规划和进展情况之外,该公司还重点阐述了先进制程发展情况,特别是揭露了3DFabric系统整合解决方案,并将持续扩展由三维硅堆栈及先进封装技术组成的3DFabric。

台积电指出,针对高性能运算应用,将于2021年提供更大的光罩尺寸,以支持整合型扇出暨封装基板(InFO_oS)和CoWoSR封装方案,运用范围更大的布局规划来整合“小芯片”及高带宽内存。

此外,系统整合芯片方面,芯片堆栈于晶圆之上的版本预计今年完成7nm的验证,并于2022年在崭新的全自动化晶圆厂开始生产。

针对移动应用,台积电则推出了InFO_B解决方案,将移动处理器整合于轻薄精巧的封装之中,提供强化的性能和功耗效率,并且支持移动设备芯片制造厂商封装时所需的动态随机存取内存堆栈。

台积电还将先进封装的业务拓展到了日本,这也需要一笔可观的投资。日本经产省表示,台积电将在日本茨城县筑波市设立研发据点,总经费约370亿日元,日本政府将出资总经费约5成予以支持。据悉,拥有领先封装技术的日本企业Ibiden、半导体装置厂商芝浦机械(Shibaura Machine )等与半导体有关的约20家日本企业有望参与研发,重点就是“小芯片”和3D封装技术。

今年3月,台积电在日本成立了一家子公司(台积电日本3D IC研究开发中心),今后计划在位于茨城县筑波市与经产省有关的研究机关(产业技术总合研究所)无尘室内设立研究用的生产线。预计今年夏天起整备测试产线,明年起正式进行研发。

英特尔投资35亿美元

5月份,英特尔宣布,将投资35亿美元,为其位于新墨西哥州的里奥兰乔工厂配备先进的封装设备,包括Foveros技术。预计2021年底动工。

英特尔于2019年推出了先进封装技术Foveros,它允许die实现3D“面对面”的堆叠。允许基本单元die上面有一个更“活跃”的die,如逻辑,存储,FPGA或模拟/RF die。

目前来看,在先进封装技术及商业模式方面,英特尔正在向台积电靠拢,这也从一个侧面反应出这些年台积电在该领域的发展策略和投入的成功。

不久前,英特尔发布了IDM 2.0战略,该公司表示,该战略的一个关键点就在于先进封装,这使英特尔能够提供更好的产品。

日月光迎来“甜蜜点”

近期,有消息称日月光拿下了苹果Apple Watch、WiFi 6/6E、AirPods等SiP(系统级封装)模组订单,而从目前的市场行情来看,SiP在2021年将继续保持快速发展势头。

2020年至今,日月光在先进封装研发方面取得了多项成果,具体包括:覆晶封装方面,实现了7nm/10nm芯片制程技术认证,14nm/16nm铜制程/超低介电芯片覆晶封装应用、银合金线于混合式覆晶球格阵列式封装技术;焊线封装方面,开发了第二代先进整合组件内埋封装技术、超细间距与线径铜/金焊线技术,移动式存储技术、晶圆级扇出式RDL 打线封装;晶圆级封装方面,有扇出型30um芯片厚度研磨前切割技术、8 Hi HBM CPD晶圆高精准度(+/-2um)研磨技术、晶圆穿导孔、玻璃基板封装、晶圆级芯片尺寸六面保护封装技术开发、扇出型PoP芯片产品开发、晶粒贴合晶圆制程技术;先进封装与模组方面,开发了低功耗天线设计与封装技术、可弯曲基板及封装技术、双面薄化无线通讯模组技术、5G天线封装等;面板级封装方面,开发了扇出型动态补偿光罩之面板级封装技术。

在此基础上,日月光将在2021年持续扩大先进制程与产能规模,特别是在5G、SiP、感应器、车用电子及智能型装置方面,会进一步加大投入力度。此外,预计多芯片及感应器相关需求会增加,这些将成为该公司生产的“甜蜜点”。

Amkor实力不俗

在先进封装技术方面,Amkor也是一支重要力量,来自多个市场的客户都在利用Amkor先进技术实现小型化,提高性能与可靠性并降低系统成本。这些对先进封装(特别是先进SiP封装)的需求增长推动着该公司收入的增长。Amkor的SiP封装在消费类和汽车市场上已站稳脚跟,在智能手机市场也展现出了实力。

江苏长电逆袭

在过去的一年,江苏长电科技不断加大研发投入力度,研发费用同比增长 5.2%,核心技术涵盖各种先进封装技术,并在2020年实现先进封装营收的大幅提升。

具体来看,在SiP方面,尤其是射频领域的SiP封装,长电科技不断积累着优势,对承接5G应用等通信市场的封装需求起到了决定性作用。2020年底50亿定向增发获批,长电科技在这一领域的产能和技术优势将持续扩大。

在晶圆级封装方面,长电科技的技术领先优势也在不断扩大。考虑到便携性,消费电子市场客户往往对芯片封装尺寸要求严格,例如TWS耳机等热门产品必须用到晶圆级封装技术才能满足尺寸的要求。长电科技已经是eWLB和WLCSP封装领域最大的供应商,随着消费电子头部客户不断整合集中,对晶圆级封装产品的需求也将持续增长。

近期,长电科技还成立了“汽车电子事业中心”。汽车芯片对可靠性的要求很高,符合车规的产能认证需要长期的投入和规划。长电科技不但拥有传统封装的车规产能,并且在车规产品上不断创新,车规级倒装产品正在走向大规模量产。

结语

随着芯片制程节点不断缩小,摩尔定律逼近极限,先进封装是后摩尔时代的必然选择。其中,SiP是半导体封装的重要发展方向之一,其有研发周期短、节省空间等优势,是龙头封装企业长期战略布局的重点。

另外,封装对于提升芯片整体性能越来越重要,随着先进封装朝着小型化和集成化的方向发展,技术壁垒不断提高。未来,先进封装市场规模有望快速提升,技术领先的龙头厂商则会享受最大红利。

本文来自微信公众号“半导体行业观察”(ID:icbank),作者:疯狂的芯片

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