先進封裝標準要統一，芯片三巨頭誰答應？

​最近，有專家呼籲業界儘早統一封測技術標準，特別是先進封裝。

SEMI日本辦事處總裁Jim Hamajima表示，芯片行業需要更多後端生產流程的國際標準，以使英特爾和臺積電等晶圓廠能夠更有效地提高產能。當前，臺積電、英特爾等公司都在建設自家的先進芯片封裝技術體系和生態系統，都在使用不同的標準，這樣的話，生產效率並不高。

Jim Hamajima表示，包括芯片封裝和測試在內的後端工藝比芯片製造的前端工藝（如光刻）更加"分裂"，而光刻等前端工藝廣泛使用了SEMI制定的標準。他認爲，隨着公司追求更強大的芯片，這可能會影響行業的利潤水平。

芯片製造門檻高，標準易統一

芯片製造是半導體產業門檻最高的板塊，投資高、玩家少。目前，在先進製程芯片製造領域，僅剩下臺積電、三星和英特爾這三家了。

芯片製造過程需要2000多道工序，可以分爲8大步驟，包括：

光刻，它是通過曝光和顯影程序，把光罩上的圖形轉換到光刻膠下面的晶圓上，光刻主要包含感光膠塗布、烘烤、光罩對準、曝光和顯影等程序。曝光方式包括：紫外線、極紫外光、X射線、電子束等。

刻蝕，它是將材料使用化學反應或物理撞擊作用而移除的技術，幹法刻蝕（dry etching）利用等離子體撞擊晶圓表面所產生的物理作用，或等離子體與晶圓表面原子間的化學反應，或者兩者的複合作用，溼法刻蝕（wet etching）使用的是化學溶液，經過化學反應達到刻蝕的目的。

化學氣相沉積（CVD）。

物理氣相沉積（PVD）。

離子注入（Ion Implant）。

化學機械研磨（CMP）。

清洗。

晶圓切割（Die Saw）。

2000多道工藝流程中蘊藏着晶圓廠的智慧、核心技術和雄厚的財力，技術含量非常高，且需要長年的積累，並不是購買了先進的設備，就能造出合格的芯片。當然，先進的設備也很重要，巧婦難爲無米之炊嘛。

由於投資巨大，技術含量非常高，特別是較爲先進的製程工藝，企業進入的資金和技術門檻高，使得玩家比較少，而且，隨着先進製程發展到3nm、2nm，門檻就更高了，且向前發展和演進的難度超高，僅有的幾個玩家做起來也很吃力。在這種情況下，很難出現百花齊放的局面，統一標準就相對容易，且能使用較長時間。

封裝測試新標準之爭

封裝測試是芯片生產的最後一環，多數情況下，封裝測試的技術含量和實現難度比前端的芯片製造低。但芯片封裝也是有標準的，這些標準相對較多，且變化也比前端的芯片製造標準快，特別是芯片正朝着高集成度、小特徵尺寸和高I/O方向發展，對封裝技術提出了更高要求，隨着SiP及先進封裝技術的出現和發展，需要重新定義芯片的封裝和測試。與此同時，由於前端芯片製造面臨技術和工藝發展瓶頸（如摩爾定律的失效），使後端封裝成爲晶圓大廠眼中的決勝關鍵，近年來，各大晶圓廠都在積極投資研發先進封裝技術。

綜上，前端芯片製造工藝難以突破，後端的封裝又相對容易，這兩大因素共同促使新封裝技術和標準涌現。

全球範圍內，先進封裝的市場份額在2022年達到了47.2%，先進封裝市場的增速超過了傳統封裝，預計到2026年，先進封裝的市場份額將提升至50.2%。這種增長主要得益於AI和高性能計算領域的旺盛需求，這些領域對高集成度、高性能和低功耗芯片有着巨大的需求。

目前，先進封裝技術仍然以倒裝芯片（Flip-Chip）爲主，3D堆疊和嵌入式基板封裝（ED）的增長速度也非常快。此外，其它先進封裝技術，如扇出型封裝（Fan-Out）和晶圓級封裝（WLCSP）也在市場上佔據重要位置。這些封裝技術在提高芯片性能和減少封裝尺寸方面具有顯著優勢，廣泛應用於智能手機和其它移動設備。

目前，先進封裝應用最火的就是HBM內存。HBM通過邏輯芯片和多層DRAM堆疊來實現高速數據傳輸，每層之間通過硅通孔（TSV）和微凸點連接，突破了帶寬瓶頸，成爲Al訓練芯片的首選。HBM內部的DRAM堆疊屬於3D封裝，而HBM與其它部分合封於硅中介層，屬於2.5D封裝。

在高科技產業，一流企業制定標準，二流企業執行標準。半導體業是典型代表。

在先進芯片封裝技術方面，大廠不僅遵守行業內的執行標準，還要超越這些標準，形成自己獨特的標準和工藝，它們正在積極制定一系列規範和要求，包括工藝流程、設備參數、材料選擇、質量控制等。這可以反映出芯片製造企業的技術水平和創新能力，有益於贏得客戶、提升競爭力。

還有一點很重要，那就是與傳統封裝測試工藝不同，先進封裝的關鍵工藝需要在前端芯片製造平臺上完成，是前道工序的延伸。這顯然是臺積電、三星和英特爾等晶圓大廠的先天優勢，因此，它們開發先進封裝工藝就更加順理成章了。

目前來看，在先進封裝技術商業化方面，臺積電起步早，市場影響力也最大。

當下，火爆的HBM內存主要採用臺積電的CoWoS封裝技術。CoWoS是臺積電於2012年研發的一種2.5D封裝技術，可分爲CoW（chip on wafer）和oS（on substrate）兩步，CoW是將計算核心、I/O die、HBM等裸片封裝在硅中介層上，然後再把CoW裸片整體封裝在基板（Substrate)上，即oS環節。CoWoS可以節省空間，實現HBM所需的高互聯密度和短距離連接；還能將不同製程的芯片封裝在一起，在滿足Al、GPU等加速運算的需求的同時控制成本。

據Omdia統計，,2023年第三季度，英偉達售出近50萬個A100和H100芯片，得益於人工智能和高性能計算的需求，英偉達當季在數據中心硬件上獲得了145億美元的收入。除了英偉達，AMD的最新AI GPU產品MI300也要採用臺積電的CoWoS（2.5D）和SolC（3D）封裝技術。龐大的需求量導致CoWoS產能供不應求。

除了CoWoS，臺積電還在開發新的封裝技術，據報道，該晶圓代工龍頭已經組建了專門的團隊，切入專業封裝測試廠（OSAT）過去多年來一直開發的FOPLP（Fan-out Panel Level Package）封裝技術。臺積電開發的FOPLP可以看作是矩形CoWoS封裝，目前主要針對以英偉達爲主的AI GPU領域，具有單位成本更低、封裝尺寸更大等優勢。未來還可以進一步整合臺積電3D Fabric平臺上的其它技術，爲2.5D/3D先進封裝解決方案服務於高端產品應用鋪路。

看到臺積電在先進封裝市場搞得風生水起，三星和英特爾要加把勁兒了。

三星、英特爾也意識到了問題，紛紛投入新一代先進封裝技術的開發工作。

目前，三星自研的先進封裝技術和服務包含I-Cube（2.5D），以及X-Cube（3D）等。對於智能手機或可穿戴設備等需要低功耗內存的應用，三星已提供面板級扇出型封裝和晶圓級扇出型封裝平臺。

三星的I-Cube封裝技術有多個版本，其中，I-Cube S是一種異構技術，將一塊邏輯芯片與一組HBM裸片水平放置在一個硅中介層上，可實現高算力、高帶寬數據傳輸及低延遲，I-Cube E技術採用硅嵌入結構，擁有PLP（面板級封裝技術）大尺寸、無硅通孔結構的RDL中介層等特點。H-Cube是一種混合載板結構，將ABF載板和 HDI（高密度互連）技術相結合，可在I-Cube 2.5D封裝中實現較大封裝尺寸。

英特爾正在推廣其嵌入式多芯片互連橋（EMIB）2.5D封裝技術。結構簡單、信號干擾低是EMIB的主要優勢，應用這一技術，封裝過程中無需製造覆蓋整個芯片的硅中介層，以及遍佈在硅中介層上的大量硅通孔，使用較小的硅橋在裸片間進行互聯即可。與普通封裝技術相比，EMIB由芯片I/O至封裝引腳連接並未發生變化，無需再通過硅通孔或硅中介層進行走線。這種架構和工藝，不僅可以降低不同裸片間的傳輸延時，還減少了信號傳輸干擾。

由於三星和英特爾的先進製程（5nm以下）市場影響力和商業化水平明顯弱於臺積電，在這種情況下，對前端芯片製造工藝和平臺依賴度很高的先進封裝技術，就很難打開局面，賺錢能力有限。

由於先進封裝的市佔率越來越大，晶圓廠又有先天發展優勢，這就使傳統OSAT封測廠有些尷尬，發展腳步不如臺積電那麼順暢。臺積電在先進封裝領域的強勢地位，促使其將更多資源投向先進封裝技術和服務，以進一步鞏固市場地位。這可能會使OSAT企業的機會越來越少。

日月光投控、安靠科技等傳統OSAT大廠並不會坐以待斃。

就廣義上的先進封裝而言，傳統OSAT依然佔據着較大的市場份額，據Yole統計，2022年，先進封裝市場，OSAT的市場份額爲65.1%，IDM的市場份額爲22.6%，晶圓代工廠的市場份額爲12.3%。其中，日月光佔比最高，達到25.0%，安靠佔比12.4%，臺積電佔比12.3%，三星佔比9.4%，英特爾佔比6.7%。然而，IDM和晶圓代工廠主攻高端3D封裝，而OSAT普遍較爲傳統，主攻中低端倒裝、晶圓級封裝，這在AI用處理器和HBM內存快速發展的當下，發展的勢在IDM和晶圓代工廠一邊，要想趕上發展潮流，OSAT封測廠必須將更多資源投向高端封裝工藝和服務。

以封測龍頭企業日月光爲例，正在開發新的封裝技術，如扇出型基板上晶圓封裝（FOCoS）。FOCoS是一種安裝在高引腳數球柵陣列 (BGA) 基板上的扇出封裝倒裝芯片技術，扇出封裝具有重新分佈層（RDL），允許在多個芯片之間構建更短芯片到芯片 (D2D) 互連，倒裝芯片安裝到BGA基板上。FOCoS-CF由兩個面朝下的ASIC小芯片組成，通過Cu通孔直接與RDL連接，硅裸片和扇出RDL之間沒有微凸塊。FOCoS-CL中，ASIC裸片和兩個HBM通過RDL和Cu微凸塊連接。FOCoS-Bridge使用硅橋芯片嵌入扇出RDL層連通ASIC和HBM。

爲了趕上先進封裝熱潮，日月光投控財務長董宏思指出，面對當前市場的需求，將增加2024年的資本支出，在2023年15億美元的基礎上提高一倍。其中，封裝支出佔比約53%，測試支出佔比約38%。先進封裝是投資重點。

中國大陸封測廠加緊跟上

在先進封裝發展如火如荼的當下，中國大陸相關企業也在開發相關技術，爭取跟上產業發展腳步。

長電科技是中國大陸封裝行業的領軍企業，該公司正在開發XDFOI技術（2.5D超高密扇出型封裝）。該封裝技術可以將不同功能的裸片整合在系統封裝內，特別適用於對集成度和算力要求較高的應用，如FPGA、CPU、GPU和5G網絡芯片。XDFOI技術不僅可以提高集成度，還可以提升性能和功率效率。

通富微電的VISionS技術能夠實現多層佈線，將不同工藝和功能的Chiplet小芯片高密度集成，提供晶圓級和基板級封裝解決方案。該公司已經實現了堆疊NAND Flash和LPDDR封裝的量產，其3D存儲封裝技術處於國內領先水平。

華天科技推出了3D Matrix技術，集成了硅通孔、eSiFo（Fan-out）和3D SIP等先進封裝技術，Fan-out技術通過在基板上刻蝕挖槽，將芯片放置在凹槽內，再進行重新佈線和封裝，顯著提高了封裝密度和性能。

此外，華爲、比亞迪半導體、阿里巴巴等產業鏈多個環節上的企業，在封裝設計、應用和市場推廣等方面發揮着重要作用。