先進(jìn)封裝行業(yè)已經(jīng)瘋狂？游戲才剛剛開(kāi)始

為了克服目前半導(dǎo)體行業(yè)的市場(chǎng)和技術(shù)限制，特別是為了超越摩爾定律（More Than Moore），以2.5D和3D封裝為代表的先進(jìn)封裝已成為增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。一些頭部企業(yè)開(kāi)發(fā)了新的先進(jìn)封裝技術(shù)，確定了新的解決方案，使越來(lái)越多的功能能夠在同一封裝中與許多器件集成在一起?？梢哉f(shuō)，先進(jìn)封裝行業(yè)興奮之情滿溢：研究、創(chuàng)新和商業(yè)化是當(dāng)前行業(yè)的關(guān)鍵詞。

高端性能封裝市場(chǎng)增長(zhǎng)最快

隨著前端節(jié)點(diǎn)越來(lái)越小，設(shè)計(jì)成本變得越來(lái)越重要。高端性能封裝及其2.5D和3D解決方案在減少與前端制造相關(guān)的成本影響方面變得至關(guān)重要，同時(shí)還有助于提高系統(tǒng)性能，并提供更低的延遲、更高的帶寬和電源效率。除外，它也是維持小芯片（chiplet）和異構(gòu)集成所需的后端解決方案。

Yole集團(tuán)旗下Yole Intelligence的封裝和組裝技術(shù)和市場(chǎng)分析師Stefan Chitolaga認(rèn)為，高端性能封裝平臺(tái)包括UHD扇出、模制中介層、嵌入式硅橋、硅中介層、3D堆棧存儲(chǔ)器和3D SoC。高端性能封裝市場(chǎng)預(yù)計(jì)將成為增長(zhǎng)最快的先進(jìn)封裝平臺(tái)，到2028年將達(dá)到160億美元，高于2022年的22.1億美元，2022-2028年復(fù)合年增長(zhǎng)率為40%，將在5年內(nèi)占先進(jìn)封裝收入的20%以上。

先進(jìn)封裝市場(chǎng)收入預(yù)測(cè)

“集成在高端封裝中的帶有芯片的電子元件將在高性能計(jì)算、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、人工智能、自動(dòng)駕駛、個(gè)人計(jì)算和游戲的終端系統(tǒng)中得到更多的實(shí)現(xiàn)?！彼f(shuō)。

代工廠和IDM是2.5D和3D封裝解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者，因?yàn)檫@些參與者受益于前端容量和大量資源，而OSAT（外包封測(cè)）服務(wù)提供商也在遵循這一趨勢(shì)，要么提供創(chuàng)新的解決方案，要么成為最終封裝和測(cè)試供應(yīng)鏈的一部分。

晶圓對(duì)晶圓（W2W）和管芯對(duì)晶圓（D2W）混合鍵合方法是當(dāng)前最熱門的技術(shù)話題，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)10μm及以下的精細(xì)間距，有助于實(shí)現(xiàn)邏輯或存儲(chǔ)器管芯更密集的3D IC堆疊、分區(qū)SoC管芯和異質(zhì)集成封裝互連。

OSAT發(fā)力豪賭先進(jìn)封測(cè)

2023年11月底，Amkor宣布投資約20億美元，在亞利桑那州建造一座先進(jìn)封裝和測(cè)試設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)有彈性的國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。建成后，它將是美國(guó)最大的外包先進(jìn)封裝設(shè)施。

在最近的國(guó)會(huì)聽(tīng)證中，美國(guó)商務(wù)部長(zhǎng)Gina M.Raimondo強(qiáng)調(diào)，先進(jìn)封裝是美國(guó)政府重建美國(guó)半導(dǎo)體制造業(yè)的主要重點(diǎn)領(lǐng)域，而發(fā)展強(qiáng)大的先進(jìn)制造能力是芯片計(jì)劃成功的關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)。

亞利桑那州參議員Mark Kelly表示：“作為美國(guó)最早的先進(jìn)封裝設(shè)施之一，這是在減少微芯片供應(yīng)鏈對(duì)其他國(guó)家依賴方面邁出的一大步。我的首要任務(wù)之一是確保像Amkor這樣的公司獲得所需的支持，在亞利桑那州等地發(fā)展有彈性的供應(yīng)鏈，讓制造業(yè)回到美國(guó)?！?/p>

需要指出的是，Amkor是唯一一家總部位于美國(guó)的OSAT服務(wù)提供商，擁有先進(jìn)封裝技術(shù)能力和大批量制造經(jīng)驗(yàn)。Amkor總裁兼首席執(zhí)行官Giel Rutten表示：“美國(guó)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的擴(kuò)張正在進(jìn)行中，作為美國(guó)最大的先進(jìn)封裝公司，我們很高興能在增強(qiáng)美國(guó)先進(jìn)封裝能力方面發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用，并成為強(qiáng)大的美國(guó)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)的一部分?！?/p>

新的制造地點(diǎn)將使Amkor在強(qiáng)大的前端晶圓廠、IDM和供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)中處于獨(dú)特地位，目前或正在擴(kuò)大在該地區(qū)的業(yè)務(wù)的供應(yīng)商還包括臺(tái)積電、英特爾、應(yīng)用材料、ASML等。

臺(tái)積電首席執(zhí)行官魏哲家和蘋果公司首席運(yùn)營(yíng)官Jeff Williams都對(duì)此舉表示贊賞。多年來(lái)Amkor一直是臺(tái)積電的戰(zhàn)略O(shè)SAT合作伙伴，蘋果所有產(chǎn)品中也廣泛使用Amkor的芯片。

創(chuàng)新先進(jìn)封裝賦能“未來(lái)車”

過(guò)去幾年里，增強(qiáng)的汽車體驗(yàn)發(fā)生了戲劇性變化，汽車相關(guān)半導(dǎo)體有所增長(zhǎng)。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2015年汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)約為300億美元，到2022年增長(zhǎng)了一倍多，達(dá)到680億美元。在自動(dòng)駕駛、數(shù)字控制系統(tǒng)和車輛電氣化需求推動(dòng)下，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)將繼續(xù)以百分之十幾的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，成為行業(yè)增長(zhǎng)率最高的領(lǐng)域之一。

受地區(qū)立法和消費(fèi)者偏好的推動(dòng)，主機(jī)廠正在向先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和完全自主的方向發(fā)展，將增強(qiáng)的安全性和便利性作為基本車型的標(biāo)配。雖然線鍵合仍然是汽車封裝的主要互連，但ADAS模塊越來(lái)越多地采用先進(jìn)互連技術(shù)，如倒裝芯片BGA、晶圓級(jí)扇出（WLFO）和倒裝芯片CSP。

事實(shí)上，Amkor也是排名第一的汽車OSAT，它正在創(chuàng)新先進(jìn)封裝，以實(shí)現(xiàn)未來(lái)的汽車。伴隨先進(jìn)硅節(jié)點(diǎn)在ADAS處理器中快速增長(zhǎng)，Amkor已在生產(chǎn)7nm芯片，5nm解決方案也有望在汽車應(yīng)用中迅速采用。

為了滿足對(duì)汽車數(shù)字控制中心的需求，Amkor不斷開(kāi)發(fā)先進(jìn)信息娛樂(lè)和遠(yuǎn)程信息處理解決方案，提供無(wú)縫連接、直觀界面和個(gè)性化體驗(yàn)，包括倒裝芯片、系統(tǒng)級(jí)封裝、MEMS和傳感器，也包括支持可持續(xù)高效率需求的碳化硅功率器件和模塊。

英偉達(dá)產(chǎn)品工程高級(jí)副總裁Gary Hicok表示：“隨著行業(yè)向軟件定義的汽車發(fā)展，汽車中的高級(jí)駕駛系統(tǒng)需要更大的處理能力，推動(dòng)了對(duì)具有強(qiáng)大器件封裝的高度復(fù)雜、先進(jìn)技術(shù)平臺(tái)的需求。擁有先進(jìn)設(shè)計(jì)和封裝能力的Amkor就是這樣的汽車半導(dǎo)體封裝技術(shù)提供商?！?/p>

創(chuàng)新互連技術(shù)是新的增長(zhǎng)點(diǎn)

目前，D2W混合鍵合即將滲透到服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心以及智能手機(jī)的先進(jìn)芯片系統(tǒng)中，游戲才剛剛開(kāi)始。后端設(shè)備制造商荷蘭BE Semiconductor Industries（Besi）與合作伙伴應(yīng)用材料（Applied Materials）一起進(jìn)入了這個(gè)市場(chǎng)。

知名科技作家René Raaijmakers認(rèn)為，人們對(duì)混合鍵合的期望很高，新的互連技術(shù)將為Besi未來(lái)幾年提供新的增長(zhǎng)點(diǎn)。Besi首席執(zhí)行官Richard Blickman在資本市場(chǎng)日上也表示：“混合鍵合，這是所有人的目標(biāo)?！?/p>

從技術(shù)角度講，D2W混合鍵合需要精確地將一個(gè)裸露、原子級(jí)潔凈、非常平坦的芯片層疊在經(jīng)過(guò)同樣處理的晶圓上，然后經(jīng)過(guò)精確鏡像、鍵合絕緣氧化硅和銅觸點(diǎn)的關(guān)鍵操作。在超清潔環(huán)境中，通過(guò)正確的機(jī)械化學(xué)處理，即形成了一個(gè)集成電路三明治，其熱性能和機(jī)械性能與單片芯片非常相似。

類似將兩片晶圓鍵合在一起的工藝已經(jīng)在業(yè)內(nèi)使用了一段時(shí)間。幾乎每部手機(jī)都包含一個(gè)由W2W混合鍵合工藝制成的圖像傳感器，索尼高端相機(jī)中驚人感光度的CMOS圖像傳感器也是這樣制成的。

在混合鍵合生產(chǎn)線上，D2W混合鍵合的第一步是制備用于鍵合的芯片和晶圓，從用于清潔和施加等離子體活化的機(jī)器開(kāi)始，用芯片填滿300mm晶圓。第二步是用鍵合機(jī)準(zhǔn)確地將IC放置在晶圓上。

D2W的融合和混合鍵合流程

據(jù)了解，清潔和鍵合生產(chǎn)線的總成本高達(dá)500萬(wàn)至600萬(wàn)歐元。應(yīng)用材料和Besi各投了一半。由于與英特爾和臺(tái)積電的歷史關(guān)系，這家荷蘭后端專家在D2W混合鍵合方面處于有利地位。

根據(jù)Blickman的說(shuō)法，臺(tái)積電在8年前要求Besi為其開(kāi)發(fā)鍵合機(jī)?！拔覀兲幱谝粋€(gè)獨(dú)特的環(huán)境中，擁有合適的客戶。我們從一開(kāi)始就在挑選贏家，與應(yīng)用材料公司的合作對(duì)理解潔凈室環(huán)境的要求有很大幫助。”他說(shuō)。

2023年臺(tái)積電簽下了一大筆混合鍵合線訂單。Blickman透露，年底前，英特爾將為多臺(tái)機(jī)器提供類似的訂單。早在2021年，Besi就宣布英特爾和臺(tái)積電都承諾購(gòu)買50臺(tái)混合鍵合機(jī)。此刻訂單才真正起飛。

Besi表示，他們已經(jīng)有能力每年生產(chǎn)180臺(tái)混合鍵合機(jī)。如果產(chǎn)能得到滿足，將意味著額外銷售額將達(dá)到4億歐元，每臺(tái)機(jī)器的價(jià)格為2-25億歐元。2021年，Besi的銷售額保持在7.49億歐元；該公司預(yù)計(jì)今年將銷售價(jià)值6億歐元的機(jī)器。

總之，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)封裝已經(jīng)成為當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域之一。頭部企業(yè)都在加大投入，積極布局，同時(shí)積極尋求與其他公司的合作，以提升自身競(jìng)爭(zhēng)力。

先進(jìn)封裝領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)帷幕已經(jīng)拉開(kāi)，比拼已經(jīng)開(kāi)始，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。