全球半導體先進制程速度放緩背景下，芯片性能提升難度加劇，產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨“存儲墻”和“功能墻”等問題。
傳統(tǒng)的芯片封裝方式已無法滿足大的數(shù)據(jù)處理需求，先進封裝是解決芯片封裝小型化、高密度等問題的關鍵途徑，正在成為重要發(fā)展趨勢。
當前AI算力持續(xù)緊缺，數(shù)據(jù)中心和服務需求強勁，行業(yè)內(nèi)各大廠商已將目光投向先進封裝技術。
01
半導體芯片封裝行業(yè)概覽
芯片封裝是芯片制造的關鍵環(huán)節(jié)，是用特定材料和工藝技術對芯片進行安放、固定和保護芯片性能，并將芯片上的接點連接到封裝外殼上，實現(xiàn)芯片內(nèi)部功能的外部延伸。
封裝技術演進的本質是實現(xiàn)更高密度的集成、減小面積浪費以及提高元器件反應速度。
傳統(tǒng)封裝是先將晶圓切割成單個芯片再進行封裝的工藝，利用引線框架作為載體，采用引線鍵合互連的形式進行封裝，其主要功能是為芯片提供機械保護，以及確保機械和電氣連接的穩(wěn)定性等。
先進封裝主要是采用鍵合互連并利用封裝基板來實現(xiàn)的封裝技術，應用先進的設計思路和先進的集成工藝，對芯片進行封裝級重構，能實現(xiàn)芯片更緊密集成。
先進封裝提升集成密度：
資料來源：Yole 《Advanced packaging market and technology trend 》
先進封裝技術在不單純依靠芯片制程工藝實現(xiàn)突破的情況下，通過晶圓級封裝和系統(tǒng)級封裝，提高產(chǎn)品集成度和功能多樣化，滿足終端應用對芯片輕薄和高性能的需求，同時大幅降低芯片成本。
先進封裝主要包括倒裝芯片（FlipChip，F(xiàn)C）封裝、晶圓級封裝（Wafer LevelPackage，WLP）、2.5D 封裝、3D 封裝等。
當前先進封裝向系統(tǒng)集成、高速、高頻、三維方向發(fā)展，2.5/3D封裝增速領先。
2.5D/3D封裝尺寸和重量明顯減小，由多芯片集成，封裝性能和帶寬顯著提升，有助于降低整體成本。
資料來源：SemiWiki
2.5D封裝將處理器、存儲等若干芯片并列排布在中介層上，利用RDL、硅橋、硅通孔（TSV）等技術實現(xiàn)更高密度的互聯(lián)。
臺積電 CoWoS系列即采用 2.5D 封裝，為FPGA、GPU 等高性能產(chǎn)品集成提供解決方案。
目前最有代表性且已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的先進封裝是采用臺積電CoWoS封裝形式的英偉達GPU芯片。
3D封裝是多個芯片垂直堆疊，利用TSV貫穿整個芯片進行電氣連接，并直接與基板相連。
該技術最早在CMOS圖像傳感器中應用，目前可用于DDR、HBM 等存儲芯片封裝中，技術難度最高。
先進封裝的關鍵技術節(jié)點因封裝形式的不同而有所差異。
一般來說，判斷各家封裝廠3D封裝技術能力的好壞，TSV Diameter、I/O Pitch、RDL-LS的精度等是重要的標準。
2.5D和3D封裝圖示：
資料來源：SemiWiki
03
先進封裝技術路徑
一方面是通過提升互聯(lián)密度；另一方面封裝系統(tǒng)從少量大芯片改用為數(shù)量多但尺寸更小的 Chiplet（芯粒）作為基本單位。
Chiplet技術能夠有效提升良率并降低成本，增加先進封裝技術用量。其誕生于多芯組裝技術，是一種將復雜芯片拆分成多個小型、獨立且可復用的模塊的設計方法。
Chiplet包含F(xiàn)C-BGA/2.5D/3D封裝技術，將不同工藝不同材料的芯片集成在一起，提供更靈活的設計選擇。
早在2022年，英特爾、AMD、ARM、高通、三星、臺積電、日月光、Google Cloud、Meta和微軟等公司聯(lián)合推出“UniversalChipletInterconnect Express”（通用芯?；ミB，簡稱“UCIe”），作為Die-to-Die互連標準，主要 目的是統(tǒng)一Chiplet之間的互連接口標準，打造一個開放性的Chiplet生態(tài)系統(tǒng)。
半導體企業(yè)的經(jīng)營模式分為IDM（垂直整合制造）和垂直分工兩種主要模式。
IDM模式企業(yè)內(nèi)部完成芯片設計、制造、封測全環(huán)節(jié)，具備產(chǎn)業(yè)鏈整合優(yōu)勢。
垂直分工模式芯片設計、制造、封測分別由芯片設計企業(yè)（Fabless）、晶圓代工廠（Foundry）、封測廠（OSAT）完成，形成產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應。
在先進封裝領域，晶圓廠和封測廠均積極布局，相互之間既有競爭也有合作。
晶圓廠依靠前道工藝優(yōu)勢入局先進封裝，其中，臺積電、英特爾 和三星等晶圓廠優(yōu)勢突出。
2.5D：CoWoS（臺積電）、EMIB（英特爾）、I-Cube（三星）等；
3D：SoIC（臺積電）、Foveros（英特爾）、X-Cube（三星）等。
臺積電是先進封裝技術的引領者之一，早在2008年便成立集成互連與封裝技術整合部門入局先進封裝，目前已形成CoWoS、InFO、SoIC技術陣列。
近年來，臺積電每年資本開支中約10%投入先進封裝、測試、光罩等。
CoWoS是臺積電推出的一種2.5D封裝技術，其中“CoW”指芯片堆疊; “WoS”則是將芯片堆疊在基板上。
根據(jù)應用的不同，臺積電將CoWoS封裝技術細分為三種類型：CoWoS-S、CoWoS-R以及CoWoS-L。
英偉達H100、A100、B100、B200、B300都采用了臺積電CoWoS封裝技術。
資料來源：臺積電官網(wǎng)
英特爾推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等先進封裝技術，通過2.5D、3D和埋入式3種異質集成形式實現(xiàn)互連帶寬倍增與功耗減半的目標；英特爾希望到2030年實現(xiàn)單個封裝中集成1萬億個晶體管的目標。
三星電子提供2.5D封裝I-Cube、3D封裝X-Cube等，2024年7月AVP業(yè)務團隊重組為AVP開發(fā)團隊，以加強2.5D、3D等先進封裝技術。
基于封裝技術的參與者畫像（半導體封測頭部大廠在先進封裝領域的技術節(jié)點）：
資料來源：Yole
相比傳統(tǒng)封裝，先進封裝不僅需求增速更高，在產(chǎn)業(yè)鏈中的價值占比也更高。
傳統(tǒng)OSAT（委外半導體封測）也大力發(fā)展先進封裝以獲取價值增量。
國內(nèi)封測企業(yè)按照技術儲備、產(chǎn)品線情況、先進封裝收入占比等指標，一般可以分為三個梯隊：
第一梯隊企業(yè)已實現(xiàn)第三階段焊球陣列封裝（BGA）、柵格陣列封裝（LGA）、芯片級封裝（CSP）穩(wěn)定量產(chǎn)，且具備全部或部分第四階段封裝技術量產(chǎn)能力（如SiP、Bumping、FC），同時已在第五階段晶圓級封裝領域進行了技術儲備或產(chǎn)業(yè)布局（如TSV、Fan-Out/In）。
中國大陸獨立封測第一梯隊代表企業(yè)有長電科技、通富微電、華天科技等，三家廠商在2023年全球前十大OSAT（封測企業(yè)）排名中，分別占據(jù)了第三、第四、第六的位置。
此外，國內(nèi)一些新興的封測廠近年來也在先進封裝領域加碼布局。例如，甬矽電子已形成“Bumping+CP+FC+FT”一站式交付能力，同時在2.5D封裝方面取得了顯著進展。
相對于半導體制造的其他環(huán)節(jié)，封測的進入壁壘相對較低，也為中國企業(yè)提供了更多的機會。
資料來源：芯思想
05
先進封裝設備
在先進封裝技術中，核心設備對于實現(xiàn)先進封裝技術的高性能和小型化至關重要，當前仍面臨緊迫的國產(chǎn)化替代任務。
COW倒裝固晶、CMP、電鍍、臨時鍵合與解鍵合、量檢測以及光刻是核心的環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)線上所需的設備價值量總計達到47.9%。
先進封裝各環(huán)節(jié)價值量拆分：
數(shù)據(jù)來源：各公司公告、開源證券、行行查
區(qū)分傳統(tǒng)封裝及先進封裝的關鍵在于加工工序是否涉及光刻環(huán)節(jié)。
先進封裝光刻機主要技術路徑有投影式光刻及直寫光刻，通常使用步進式光刻機。
國內(nèi)廠商中的上海微電子等企業(yè)實現(xiàn)了晶圓級封裝掩模光刻設備的產(chǎn)業(yè)化并占據(jù)了一定的市場份額。
先進封裝對光刻、刻蝕等晶圓級設備精度等性能的要求低于前道工藝。國產(chǎn)前道設備廠商向先進封裝領域布局屬于技術降維，如華海清科（CMP設備）、盛美上海（電鍍）、芯源微（涂膠顯影、臨時鍵合與解鍵合）、中微公司（TSV深硅刻蝕）、拓荊科技（混合鍵合設備）等是該領域主要布局廠商，未來在國內(nèi)先進封裝產(chǎn)線有望占據(jù)較高份額。
前道制程技術節(jié)點向2納米前進，但封裝段互聯(lián)間距仍處于微米級:
資料來源：Yole
互連工藝升級是先進封裝的關鍵，工藝的升級往往伴隨著材料端的升級與需求的提升。
PSPI是先進封裝核心耗材之一，主要應用于再布線（RDL）工藝，為封裝提供必要的電氣、機械和熱性能，還能實現(xiàn)高分辨率的圖案化，大幅減少光刻工藝流程。目前，全球PSPI市場被外企高度壟斷，國產(chǎn)替代需求迫切，國內(nèi)企業(yè)如鼎龍股份正積極突破。
深孔刻蝕類電子特氣以含氟特氣如SF6、C4F8等為主，主要應用于TSV工藝。國內(nèi)企業(yè)正加速刻蝕氣體國產(chǎn)替代，如華特氣體、中船特氣、金宏氣體等在刻蝕氣體領域均取得了技術突破，并開始逐步替代進口產(chǎn)品。
電鍍工藝廣泛應用于先進封裝，電鍍液是核心原材料，TSV、RDL、Bumping、混合鍵合都需要進行金屬化薄膜沉積，這將顯著拉動電鍍液需求。目前，全球電鍍液供應以外企為主，中國電鍍液正經(jīng)歷由依賴進口向國產(chǎn)化轉變的重要階段，上海新陽、艾森股份進展國內(nèi)領先。
靶材為薄膜制備技術中的關鍵原材料，主要作用為制作導電層，通常配合電鍍液使用。在先進封裝工藝中，靶材在RDL、TSV、Bumping、混合鍵合工藝中均有使用。國內(nèi)靶材企業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代，其中江豐電子為代表性企業(yè)。
CMP材料在先進封裝中的作用主要為拋光和減薄，因此其在TSV工藝中應用較多。目前CMP材料已經(jīng)具備國產(chǎn)替代條件，其中拋光墊代表企業(yè)為鼎龍股份、拋光液代表企業(yè)為安集科技。
臨時鍵合膠的作用為在晶圓減薄過程中提供機械支撐，目前全球臨時鍵合膠市場由外資高度壟斷，鼎龍股份等廠商有望率先實現(xiàn)突破。
環(huán)氧塑封料核心作用是為芯片提供防護支撐等，先封封裝尤其是2.5D/3D封裝，對環(huán)氧塑封料的流動性、均勻性和散熱性提出了更高的要求。目前先進封裝用高端環(huán)氧塑封料和硅/鋁微粉被日韓企業(yè)所壟斷，國內(nèi)企業(yè)如華海誠科、聯(lián)瑞新材、壹石通等正加速突破。
半導體先進封裝上下游各環(huán)節(jié)布局廠商眾多，近年來各類廠商加速參與到產(chǎn)業(yè)鏈布局。例如，晶方科技（晶圓級硅通孔TSV封裝技術）、德邦科技（晶圓固定/導電等方案）、景嘉微（有先進封裝測試生產(chǎn)線）、江化微（二氧化硅蝕刻液）、邁為股份（封裝工藝整體解決方案）等。
當前AI浪潮持續(xù)爆發(fā)，數(shù)據(jù)中心、服務器、芯片以及端側AI和人形機器人加速迎來國產(chǎn)替代廣闊機遇。（來源樂晴智庫精選）
