联盟扩员，代工巨头“血拼”先进封装

华尔街见闻06-27

由三星电子于去年6月发起的MDI（多芯片集成）联盟，正涌入更多的合作者。目前，该联盟中包括多家存储、封装基板和测试厂商在内的合作伙伴已增至30家，较去年的20家有所增长，仅一年时间就增加了10家。近年来，随着AI爆火，先进封装的崛起逐步成为业界共识。在算力需求与电路可容纳晶体管数量双双接近极限之时，堆叠和组合不同的芯片便被认为是一种更具效率的芯片制造理念。此次合作伙伴数量的增加，也反映出...

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VCA、存储、委外封装测试（OSAT）、基板及测试的最高品质与既有的解决方案及服务。这一联盟是台积电第六个开放创新平台（OIP）联盟。\n台积电的3DFabric技术包括前段3D芯片堆叠或TSMC-SoIC（系统整合芯片），以及包括CoWoS及InFO系列封装技术的后端技术，其能够实现更佳的效能、功耗、尺寸外观及功能，达成系统级整合。\n除了已经量产的CoWoS及InFO之外，台积电于2022年开始生产系统整合芯片。台积电目前在竹南拥有全球首座全自动化3DFabric晶圆厂，其整合了先进测试、台积电的系统整合芯片及InFO操作，提供客户最佳的灵活性，利用更好的生产周期时间与品质管制来优化封装。\nMDI联盟\n无独有偶，去年6月27日在第七届三星晶圆代工论坛（SFF）上，三星宣布了最新的芯片制造工艺路线图和业务战略，并成立了多芯片集成（MDI）联盟。目前，该联盟中包括多家存储、封装基板和测试厂商在内的合作伙伴已增至30家。\nMDI联盟主要针对的是2.5D及3D异构集成封装技术，这一技术旨在将多个裸芯片，如CPU、GPU、HBM（高带宽存储）等，整合到一个封装中，以满足高性能计算（HPC）领域日益增长的需求。随着晶体管缩小尺度已接近极限，业界普遍认为，通过堆叠组合不同的小芯片是更高效的做法。因此，MDI联盟的建立和发展，对于三星电子在半导体封装技术领域具有重要意义。\n有业内人士评论称：“三星电子正在努力通过像i-Cube这样的异构集成封装技术来打破台积电的市场优势，但台积电的可靠性和技术实力不容小觑。三星代工只有通过接受像MDI联盟这样的开放生态系统，才能迎头赶上。”\nCPU和GPU在制造过程中采取不同的设计理念，尽管三星电子拥有将代工、HBM 和封装作为“一站式”解决方案的优势，但仍需设计、后处理公司和 EDA工具公司等的支持。\n作为全球最大的代工芯片制造商，台积电在先进封装技术方面一直处于领先地位。三星成立MDI联盟，通过加强在2.5D和3D封装技术领域的研发和应用，旨在缩小与台积电在封装技术方面的差距。通过与更多合作伙伴的紧密合作，三星可以共享技术资源、降低研发成本、加速产品上市时间。\n02 先进封装渐成产业共识\n2008年，台积电开始布局先进封装，首先成立集成互连与封装技术整合部门。2009年开始战略布局三维集成电路系统整合平台，在新竹、台南、桃园、台中建有4座先进封测厂，这为其后续的先进封装技术发展奠定了基础。\n2010年，台积电开始2.5D Interposer的研发。次年推出2.5D Interposer技术CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）。第一代CoWoS采用65纳米工艺，线宽可以达到0.25 μm，实现4层布线，为FPGA、GPU等高性能产品的集成提供解决方案。赛灵思（Xilinx）型号为“Virtex-7 2000T FPGA”的产品是最具代表性的CoWoS产品之一。目前CoWoS已经获得赛灵思、英伟达、AMD、富士通、谷歌等高端HPC芯片订单。\n2019年第三季CoWoS技术已经扩展至7纳米，能够在尺寸达二倍光罩大小的硅基板（Silicon Interposer）上异质整合多颗7纳米系统单芯片与第二代高频宽存储器（High Bandwidth Memory 2，HBM2）。\n2020年，台积电公布3D Fabric先进封装技术系列，包括2D和3D前端和后端互连技术。前端技术TSMC-SoIC（整合芯片系统）使用3D硅堆栈所需，包括CoW和WoW堆栈技术；后端工艺包括CoWoS（Chip on Wafer on Substrate，晶圆基底封装）和InFO系列的封装技术。\n台积电的CoWoS、InFO、SoIC及其他封装技术能对10纳米或以下的制程进行晶圆级的键合技术，极大地强化了台积电在先进工艺制程的竞争力。台积电希望通过发挥异质整合的优势，将系统中的晶体管数量提高5倍，甚至更多。2023年，台积电宣布先进后端六厂（Advanced Backend Fab 6）正式启用，采用3DFabric技术，为系统集成技术的量产做好准备。\n在先进封装技术方面，三星也不甘落后，一直保持积极的研发态度。\n2015年失去苹果订单后，三星开始加大在先进封装技术上的研发力度，特别是FOPLP技术。2018年，FOPLP技术实现商用，并成功应用于Galaxy Watch的处理器封装应用中。\n2018年，三星电子的3D封装技术“X-Cube”开发完成。不同于以往多个芯片平行封装，全新的X-Cube3D封装允许多枚芯片堆叠封装，使得成品芯片结构更加紧凑。而芯片之间的通信连接采用了TSV技术，而不是传统的导线。据三星介绍，目前该技术已经可以将SRAM存储芯片堆叠到主芯片上方，以腾出更多的空间用于堆叠其他组件，目前该技术已经可以用于7nm甚至5nm制程工艺的产品线，也就是说离大规模投产已经十分接近。\n2020年8月，三星宣布推出3D先进封装技术“X-Cube”。该技术基于TSV硅穿孔技术，可以将不同芯片垂直堆叠，释放空间堆叠更多内存芯片。X-Cube技术已经可以用于7nm及5nm工艺，满足5G、AI、AR、VR、HPC和移动芯片等领域的性能要求。\n2021年5月，三星宣布其下一代2.5D封装技术“I-Cube4”即将上市。“I-Cube4”全称为“Interposer-Cube4”。作为一个三星的2.5D封装技术品牌，它是使用硅中介层的方法，将多个芯片排列封装在一个芯片上的新一代封装技术。该技术集成1颗逻辑芯片和4颗高带宽内存（HBM），大幅提升逻辑器件和内存之间的通信效率。尽管有专家指出该技术存在寄生参数缺陷及过薄等问题，但三星仍在持续优化和改进。\n此外，三星还在2021年还推出了其 2.5D 封装解决方案H-Cube。该方案通过整合两种具有不同特点的基板，包括精细化的 ABF（Ajinomoto Build-up Film）基板以及 HDI（High Density Interconnection，高密度互连）基板，可以进一步实现更大的 2.5D 封装。\n为了与台积电竞争，三星计划2024年推出先进3D芯片封装技术SAINT（Samsung Advanced Interconnection Technology，三星高级互连技术），能以更小尺寸的封装，将AI芯片等高性能芯片的内存和处理器集成。三星SAINT将被用来制定各种不同的解决方案，可提供三种类型的封装技术。三星电子下代 3D 芯片堆叠技术的分支之一 SAINT-D 目前正处于概念验证阶段，即将以芯片形式推出，将实现 HBM 内存的垂直集成。\n三星电子还计划在 2027 年推出集成 CPO 共封装光学模块的全新一体化 AI 解决方案，旨在为客户提供高速度低功耗的互联选择。\n此外，三星还计划整合其存储芯片、代工和芯片封装服务，为客户提供一站式解决方案，以更快地制造他们的人工智能（AI）芯片，驾驭AI热潮。\n根据Market.us的数据，全球Chiplet市场规模预计将从2023年的31亿美元增至2033年的1070亿美元左右，2024年至2033年的预测期间复合年增长率为42.5%。\n越来越多的企业、研究机构及行业协会开始重视先进封装技术的发展和应用。先进封装技术已成为推动电子产业不断向前发展的重要力量，其市场规模快速增长、产业共识逐渐形成、投资前景看好，都表明先进封装渐成产业共识。\n03 晶圆厂争做先进封装，“中道”概念火热\n在传统封装技术向先进封装演进的过程中，曾有人提出“中道工艺”的概念，使传统上前段晶圆制造工艺与后段封装工艺的界线逐渐模糊。而台积电将其封装平台“3DFabric”划分为 “前端”和“后端”封装技术之后，这种划分将进一步打破晶圆制造与封装的界线，对于原有设计、制造、封测的产业结构将产生新的影响。\n近年来，随着AI爆火，先进封装的崛起逐步成为业界共识。在算力需求与电路可容纳晶体管数量双双接近极限之时，堆叠和组合不同的芯片便被认为是一种更具效率的芯片制造理念。先进封装技术是从最新芯片设计中榨取最大马力的关键技术，对于芯片代工制造商争夺业务至关重要。这也使得晶圆厂开始介入先进封装技术。\n作为IDM和晶圆代工大厂，英特尔也在积极布局2.5D/3D封装，挑战台积电。\n通过多年技术探索，英特尔相继推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等多种先进封装技术，力图通过2.5D、3D和埋入式等多种异构集成形式实现互连带宽倍增与功耗减半的目标。\nEMIB是英特尔在2.5D IC上的尝试，其全称是“Embedded Multi-Die Interconnect Bridge”。因为没有引入额外的硅中介层，而是只在两枚裸片边缘连接处加入了一条硅桥接层（Silicon Bridge），并重新定制化裸片边缘的I/O引脚以配合桥接标准。\n2018年12月，英特尔展示了名为“Foveros”的全新3D封装技术，这是继2018年英特尔推出突破性的EMIB封装技术之后，英特尔在先进封装技术上的又一个飞跃。\n2019年，英特尔再次推出了一项新的封装技术Co-EMIB，这是一个将EMIB和Foveros技术相结合的创新应用。它能够让两个或多个Foveros元件互连，并且基本达到单芯片的性能水准。\n2020年，英特尔展示了其在3D封装技术领域中的新进展，英特尔称其为“混合键合（Hybrid bonding）”技术，旨在替代传统的“热压键合”技术，实现10微米及以下的凸点间距，提供更高的互连密度、带宽和更低的功率。\n今年上半年，国际投行大摩消息称，英伟达GB200采用的先进封装工艺将使用玻璃基板；此外，英特尔、三星、AMD、苹果等大厂此前均表示将导入或探索玻璃基板芯片封装技术。这一消息再次引爆先进封装市场。\n台积电目前已建成 6 家先进封测厂。应众多客户要求，台积电于 2023 年 Q2 开始紧急为 CoWoS 购进设备、配置产能。2023年底台积电 CoWoS 月产能约为 15000 片晶圆，追加设备进驻后，月产能预计可达 20000 片以上，并逐季增加。\n英特尔目前在美国奥勒冈州和新墨西哥州建成 2 座先进封装厂，2021 年 5 月宣布斥资 35 亿美元扩充新墨西哥州先进封装产能。2023 年 8 月宣布在马来西亚槟城建立先进封装新厂，预计 2024 年底到 2025 年完工投产，该厂将成为英特尔最大的 3D 先进封装基地。英特尔规划 2025 年 3DFoveros 封装产能达 2023 年水平的 4 倍。 \n三星2023 年计划在韩国天安厂区建立一条 HBM 所需的新封装线，用于供应高性能芯片厂商，并计划于 2024 年将 HBM 产能提升为当前的 2.5 倍。三星的 HBM3 已通过英伟达和 AMD 的质量检测，即将成为供应商。\n英特尔、台积电等为晶圆厂主要代表，其在前道制造环节经验更丰富，能深入发展需要刻蚀等前道步骤 TSV 技术，因而在 2.5D/3D 封装技术方面较为领先。先进封装已成为半导体创新、增强功能、性能和成本效益的关键而其工艺偏向于前道工艺，使得晶圆代工厂与IDM 厂商在该领域具有天然先发优势。目前，索尼、力成、德州仪器（TI）、SK海力士、联电等也积极布局先进封装产能，进一步加剧先进封装市场竞争格局。\n本文作者：鹏程，本文来源：半导体产业纵横，原文标题：《联盟扩员，代工巨头“血拼”先进封装》风险提示及免责条款\n\n            市场有风险，投资需谨慎。本文不构成个人投资建议，也未考虑到个别用户特殊的投资目标、财务状况或需要。用户应考虑本文中的任何意见、观点或结论是否符合其特定状况。据此投资，责任自负。","kind":null,"is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":null,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1},"commentList":[],"isCommentEnd":true,"newsSizeData":{"likeSize":0,"commentSize":0,"repostSize":0,"favoriteSize":0,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko; compatible; ClaudeBot/1.0; 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