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先进封装:封装的“翻身之战”
2024年08月21日 10:08   浏览:283   来源:小萍子

封装,是指将集成电路芯片或者其他半导体器件封装在具有保护性的外壳中,这种外壳可以实现机械支持、电气连接和环境保护。随着芯片的尺寸越做越小向精细化方向发展时,封装技术也迎来迭代升级。谁也没想到,这个在之前的半导体产业链中附加值最低的封测环节,会重新迎来高光时刻。




当前的先进封装呈现出“小型化、轻薄化、窄间距、高集成度”的特征,并朝着“更高效率、更低成本、更好性能”的目标发展。在人工智能、汽车电子等新兴领域的加速发展同时,市场对先进封装的需求也在上升。


封装从传统到先进:提升的不止是附加值



设计、制造、封装是支撑集成电路产业发展的三大基石,而封装作为集成电路产业的后端,关系着芯片后续的应用。伴随着芯片性能的不断提高和系统体积的不断缩小,封装技术也迎来了新的发展。


从封装的历史发展来看,封装大致经历过4个发展阶段:第一阶段,直插型封装,以双列直插封装为主;第二阶段,以表面贴装技术衍生的小外型封装、J型引脚小外形封装、无引脚芯片载体、扁平方形封装4大封装技术和针栅阵列技术为主;第三阶段,球栅阵列、芯片尺寸封装、倒装芯片封装等先进封装技术开始兴起;第四阶段,从二维封装向三维封装发展,出现了晶圆级封装、系统级封装、扇出型封装、2.5D/3.5D封装、嵌入式多芯片互连桥接等先进封装技术。


传统封装体积大、”芯占比“低、引脚数量少、功能单一,而先进封装则体积轻薄、密度高、功耗低、还可以实现功能融合。换言之,先进封装在性能提升、功能拓展、形态优化、成本控制上都有传统封装无可比拟的优势。


英特尔Foveros工艺示意


当然,封装的技术创新也离不开企业的技术研发。晶圆代工厂、整合元器件制造商、无厂半导体公司、原始设备制造商都在大力发展先进封装以及相关关键技术。尤其是在AI发展的推动下,市场对高性能计算芯片以及存储等需求持续上涨,先进封装也进入了发展的快车道。


比如,晶圆制造大厂台积电就很有发言权。台积电CEO魏哲家曾表示,“AI芯片先进封装需求持续强劲,产能供不应求,紧缺情况可能延续到2025年,台积电今后两年将持续扩充先进封装产能。”


在芯片生产技术上,多年以来台积电一直保持着业内领先地位。在封装技术的精进上,台积电也不遑多让。截至目前,台积电已经推出了基板上晶圆上的芯片封装、整合扇出型封装、系统整合芯片等。


简言之,先进封装技术的发展,对封装领域来说,是一次重新洗牌。先进封装逐渐攀升的市场占比,彰显着其距离超越传统封装技术的那一天不会太遥远。


未来集成电路制造的必由之路



有目共睹的是,先进封装技术在AI以及高性能计算的刺激下,已经站在了集成电路发展的新风口上,市场对于先进封装的未来发展也十分看好。

数据显示,先进封装产能预计在2024年增长30%至40%。YOLE 数据显示,全球先进封装市场在2022年至2028年间预计以9%的年复合增长率(CAGR)持续扩大。全球先进封装市场规模有望从2022年的429亿美元增长到2028年的786亿美元。

据专业人士分析,今年的封装技术以FCBGA、FCCSP和2.5D/3D封装技术为主,其中,2.5D/3D封装增速最快。YOLE 预计其市场规模将从2022年的94亿美元大幅跃升至2028 年的225亿美元,年复合增长率高达15.6%。

就封装材料而言,玻璃基板的相关讨论居高不下。玻璃基板是指用玻璃取代有机封装中的有机材料,可实现超低平坦度、改善光刻焦深以及互连的良好尺寸稳定性。关于英特尔、三星、AMD等芯片设计制造及先进封装的头部企业将用玻璃基板代替PCB基板的消息也并非空穴来风。

2023年9月,英特尔宣布“在用于下一代先进封装的玻璃基板开发方面取得重大突破。”当时英特尔称,玻璃基板可能为未来十年内在单个封装上实现惊人的1万亿个晶体管奠定基础,英特尔还表明会于本十年晚些时候使用玻璃基板进行先进封装。

三星更是将玻璃基板看作芯片封装的未来。今年1月,三星在CES 2024上宣布进军半导体玻璃基板领域,并计划2024年建立中试线、2025 年生产原型、2026 年正式量产的路线图。

此外,全球第一大基板供应商也在去年10月宣布拟将玻璃基板作为一项新业务研发。可见,玻璃基板确实来势汹汹,多家巨头已经谋划布局。先进封装,是未来集成电路发展的必由之路,而先进封装的竞争也早已开始,从技术到材料,无处不在。

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