先进封装强势崛起，影响IC产业格局

摩尔定律的延伸受到物理极限、巨额资金投入等多重压力，迫切需要别开蹊径延续工艺进步。而通过先进封装集成技术，可以更轻松地实现高密度集成、体积微型化和更低的成本。封装行业将在集成电路整体系统整合中扮演更重要的角色，也将对产业的格局形成更多影响。随着先进封装的推进，集成电路产业将展现出一些新的发展趋势，有先进封装的集成电路产业样貎将会有所不同。

先进封装增速远超传统封装

当前 社会 正处于新技术与新应用全面爆发的背景下，移动设备、大数据、人工智能、5G通信、高性能计算、物联网、智能 汽车 、智能工业等快速发展。这些技术与应用必将对底层芯片技术产生新的需求。据麦姆斯咨询的介绍，支持这些新兴大趋势的电子硬件需要高计算能力、高速度、更多带宽、低延迟、低功耗、更多功能、更多内存、系统级集成、更精密的传感器，以及最重要的低成本。这些新兴趋势将为各种封装平台创造商机，而先进封装技术是满足各种性能要求和复杂异构集成需求的理想选择。

系统级封装可以将一个或多个IC芯片及被动元件整合在一个模块中，从而实现具有完整功能的电路集成，它也可以降低成本，缩短上市时间，同时克服了SoC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等难题。

3D封装通过晶圆级互连技术实现芯片间的高密度封装，可以有效满足高功能芯片超轻、超薄、高性能、低功耗及低成本的需求，被大多半导体厂商认为是最具有潜力的封装方法。

总之，在市场需求的带动下，越来越多先进封装技术被开发出来，先进封装的市场占比将会进一步扩大。统计数据显示，从2017年到2023年，整个半导体封装市场的营收将以5.2%的年复合增长率增长，而先进封装市场将以7%的年复合增长率增长，市场规模到2023年将增长至390亿美元，传统封装市场的复合年增长率则低于3.3%。

展现三大发展趋势

随着先进封装技术的发展以及市场规模的扩大，其对于整个集成电路产业结构将产生越来越大的影响。首先是中段工艺的出现并逐渐形成规模。随着传统封装技术向先进封装过渡，有别于传统封装技术的凸块(Bumping)、再布线(RDL)、硅通孔(TSV)等中段工艺被开发出来，并且开始发挥重要作用。中芯长电半导体首席执行官崔东表示，仅靠缩小线宽的办法已经无法同时满足性能、功耗、面积，以及信号传输速度等多方面的要求，因此半导体企业开始把注意力放在系统集成层面来寻找解决方案，也就是通过先进的硅片级封装技术，把不同工艺技术代的裸芯封装在一个硅片级的系统里，兼顾性能、功耗和传输速度的要求。这就产生了在硅片级进行芯片之间互联的需要，进而产生了凸块、再布线、硅通孔等中段工艺。而中段硅片加工的出现，也打破了前后段芯片加工的传统分工方式。

其次，制造与封装将形成新的竞合关系。由于先进封装带来的中段工艺，封测业和晶圆制造业有了更紧密的联系，在带来发展机遇的同时，也面临着新的挑战。中段封装的崛起必然挤压晶圆制造或者封装测试业的份额。有迹象表明，部分晶圆厂已加大在中段封装工艺上的布局。晶圆厂有着技术和资本的领先优势，将对封测厂形成较大的竞争压力。传统封测厂较晶圆制造业相比属于轻资产，引入中段工艺后，设备资产比重较传统封装大大增加，封测业的先进技术研发和扩产将面临较大的资金压力。

最后，推动集成电路整体实力的提升。后摩尔时代的集成电路产业更强调产业链的紧密合作，强化产业链上下游之间的内在联系，要求各个环节不再是割裂地单独进行生产加工，而是要求从系统设计、产品设计、前段工艺技术和封测各个环节开展更加紧密的合作。企业对于先进封装业务的竞争，最终还需表现为产业链之间综合实力的竞争。

中国应加快虚拟IDM生态链建设

近几年中国集成电路封测产业实现了高速发展，有了长足的进步，然而国内集成电路封测产业链整体技术水平不高也是不争的事实。半导体专家莫大康认为，中国现在非常重视集成电路产业，推动先进封装业的发展就是非常必要的了。中国的封装测试是集成电路三业(设计、制造、封测)中起步最早的，与国际水平差距也比较小，因此完全有能力发展起来。

华进半导体总经理曹立强在近日的演讲中再次提出，推动国内“EDA软件—芯片设计—芯片制造—芯片封测—整机应用”集成电路产业链虚拟IDM生态链的建设，以市场需求牵引我国集成电路封测产业快速发展。集成电路的竞争最终会表现为产业链之间综合实力的竞争，先进封装的发展需要从工艺、设备和材料等方面的协同。

在新的技术趋势和竞争环境下，集成电路产业越来越表现为产业链整体实力的竞争。过去几年，国际半导体制造公司纷纷加大力度向先进工艺挺进，在持续大规模资本投入扩建产能的带动下，一些半导体制造大厂同样具备了完整的先进封装制造能力。

应对这样的产业形势，曹立强指出，重点在于突破一些关键性技术，如高密度封装关键工艺、三维封装关键技术、多功能芯片叠层集成关键技术、系统级封装关键技术等。建设立足应用、重在转化、多功能、高起点的虚拟IDM产业链，解决集成电路产业领域的关键技术，突破技术瓶颈。

近日，有台湾地区媒体报道，台积电已将2.5D封装技术CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）业务的部分流程（On Substrate，简称oS）外包给了OSAT厂商，主要集中在小批量定制产品方面。而类似的合作模式预计将在未来的3D IC封装中继续存在。

CoWoS技术先将芯片通过Chip on Wafer（CoW）的封装制程连接至硅晶圆，再把CoW芯片与基板连接（oS）。

台积电拥有高度自动化的晶圆级封装技术，而oS流程无法实现自动化的部分较多，需要更多人力，而日月光（ASE）、矽品、安靠（Amkor）等顶尖OSAT厂商在oS流程处理方面的经验更多。

在过去几年里，台积电已经陆续将部分封装业务的oS流程外包给了上述OSAT厂商，包括使用FOWLP和InFO封装工艺的HPC芯片。

消息人士称，在封装业务方面，台积电最赚钱的是晶圆级SiP技术，如CoW和WoW，其次是FOWLP和InFO，而oS的利润最低。由于异构芯片集成需求显著增长，预计台积电会将更多的低利润封装业务交给OSAT。

无论以上消息是否属实，在制程工艺进步艰难的当下，先进封装的重要性愈加凸出，而台积电作为领先企业，其先进制程和封装高度融合能力将引领今后几年的芯片封装市场，相应举动对市场格局也会产生影响。

先进封装市场快速升温

Yole预测，2017~2022 年，全球先进封装技术：2.5D&3D，Fan-out，Flip-Chip的收入年复合增长率分别为28%、36%和8%，而同期全球封测行业收入年复合增长率为3.5%，明显领先于传统封装市场。2021年，OSAT厂商将花费不低于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、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霸主日月光宣布，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。

先进封测技术可以提高封装效率、降低成本、提供更好的性价比。目前来看，先进封装主要包括倒装（Flip Chip）、凸块（Bumping）、晶圆级封装（Wafer level package）、2.5D封装、3D封装（TSV）等技术。先进封装在诞生之初只有WLP、2.5D和3D这几种，近年来，先进封装向各个方向快速发展，而每个开发相关技术的公司都将自己的技术独立命名，如台积电的InFO、CoWoS，日月光的FoCoS，Amkor的SLIM、SWIFT等。

在中国大陆地区，2015年以前，只有长电 科技 能够跻身全球前十，而在2017年，三家封测企业营收分别增长 25%、28%、42%。长电 科技 一跃成为全球OSAT行业中收入的第3名。

在技术储备方面， 在大陆三大龙头封测企业当中，长电 科技 的先进封装技术优势最为突出。据悉，其掌握了Fan-out eWLB（embedded wafer level BGA），WLCSP（wafer-level chip scale packaging），SiP，Bumping，PoP（package on package）等高端封装技术。

5G需求最强烈

随着手机越来越轻薄，在有限的空间里要塞入更多组件，这就要求芯片的制造技术和封装技术都要更先进才能满足市场需求。特别是在5G领域，要用到MIMO技术，天线数量和射频前端（RFFE）组件（PA、射频开关、收发器等）的数量大增，而这正是先进封装技术大显身手的时候。

目前来看，SiP技术已经发展到了一个较为成熟的阶段，由于SoC良率提升难度较大。为了满足多芯片互联、低功耗、低成本、小尺寸的需求，SIP是一个不错的选择。SiP从封装的角度出发，将多种功能芯片，如处理器、存储器等集成在一个封装模块内，成本相对于SoC大幅度降低。另外，晶圆制造工艺已经来到7nm时代，后续还会往5nm、3nm挑战，但伴随而来的是工艺难度将会急剧上升，芯片级系统集成的难度越来越大。SIP给芯片集成提供了一个既满足性能需求又能减少尺寸的解决方案。

而为了满足5G的需求，在SiP的基础上，封装技术还在演进。通过更先进的封装技术，可解决产品尺寸过大、耗电及散热等问题，并利用封装方式将天线埋入终端产品，以提升传输速度。

以5G手机为例，应用讲究轻薄短小、传输快速，且整体效能取决于核心的应用处理器（AP）芯片，而随着5G高频波段的启用，负责传输信号的射频前端（RFFE）和天线设计也越来越复杂，需要先进封装技术的支持。

竞争加剧

近几年，虽然排名前十的厂商一直未有大的变化，但是它们之间的竞争激烈程度与日俱增，特别是市场对先进封装技术的需求量快速增长，这也逐渐成为了优秀封测企业的试金石。不仅是传统的OSAT封测企业，近些年，一些IDM和晶圆代工厂也在企业内部大力发展封测业务，以提升其生产效率和自主能力，而且，这些企业研发的一般都是先进的封测技术。在这类企业中，典型代表就是台积电、三星和英特尔。

如台积电的InFO（Integrated Fan-Out），就是其标志性技术。另外还有CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封装技术。该技术是为解决能耗问题而发展出的2.5D封装解决方案。此外，台积电还在研发和推广其3D封装技术——SoIC。

近些年，为了提升综合竞争力，三星也在发展先进封装技术，但与台积电相比还是有差距。代表技术是“面板级扇出型封装”FOPLP)，FOPLP是将输入/输出端子电线转移至半导体芯片外部，提高性能的同时，也能降低生产成本。

英特尔自研的先进封装技术是EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）2D封装 和 Foveros 3D封装。此外，还有用于以上封装的先进芯片互连技术，包括Co-EMIB、ODI和MDIO。

有了IDM和晶圆代工厂的加入，封测业的竞争或许将更加激烈，在多方势力的竞逐下，在不久的将来，不知道传统OSAT封测企业的格局是否会被打破。

先进制程工艺对封装提出了更高要求，或者说，先进封装在一定程度上可以弥补制程工艺的不足。因此，最近几年，台积电和三星不断在3D先进封装技术方面加大投入，争取把更多的先进技术掌握在自己手中。

在台积电2021 线上技术研讨会期间，该公司披露了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chiplet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。

三星研发的3D封装技术为X-Cube，该技术利用TSV封装，可让多个芯片进行堆叠，制造出单一的逻辑芯片。

三星在7nm制程的测试过程中，利用TSV 技术将SRAM 堆叠在逻辑芯片顶部，这也使得在电路板的配置上，可在更小的面积上装载更多的存储单元。X-Cube还有诸多优点，如芯片间的信号传递距离更短，以及将数据传送、能量效率提升到最高。

三星表示，X-Cube可让芯片工程师在进行定制化解决方案的设计过程中，能享有更多d性，也更贴近他们的特殊需求。

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。

结语

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。

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