近日，有臺(tái)灣地區(qū)媒體報(bào)道，臺(tái)積電已將2.5D封裝技術(shù)CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）業(yè)務(wù)的部分流程（On Substrate，簡(jiǎn)稱(chēng)oS）外包給了OSAT廠(chǎng)商，主要集中在小批量定制產(chǎn)品方面。而類(lèi)似的合作模式預(yù)計(jì)將在未來(lái)的3D IC封裝中繼續(xù)存在。
CoWoS技術(shù)先將芯片通過(guò)Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連接至硅晶圓，再把CoW芯片與基板連接（oS）。
臺(tái)積電擁有高度自動(dòng)化的晶圓級(jí)封裝技術(shù)，而oS流程無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的部分較多，需要更多人力，而日月光（ASE）、矽品、安靠（Amkor）等頂尖OSAT廠(chǎng)商在oS流程處理方面的經(jīng)驗(yàn)更多。
在過(guò)去幾年里，臺(tái)積電已經(jīng)陸續(xù)將部分封裝業(yè)務(wù)的oS流程外包給了上述OSAT廠(chǎng)商，包括使用FOWLP和InFO封裝工藝的HPC芯片。
消息人士稱(chēng)，在封裝業(yè)務(wù)方面，臺(tái)積電最賺錢(qián)的是晶圓級(jí)SiP技術(shù)，如CoW和WoW，其次是FOWLP和InFO，而oS的利潤(rùn)最低。由于異構(gòu)芯片集成需求顯著增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)臺(tái)積電會(huì)將更多的低利潤(rùn)封裝業(yè)務(wù)交給OSAT。
無(wú)論以上消息是否屬實(shí)，在制程工藝進(jìn)步艱難的當(dāng)下，先進(jìn)封裝的重要性愈加凸出，而臺(tái)積電作為領(lǐng)先企業(yè)，其先進(jìn)制程和封裝高度融合能力將引領(lǐng)今后幾年的芯片封裝市場(chǎng)，相應(yīng)舉動(dòng)對(duì)市場(chǎng)格局也會(huì)產(chǎn)生影響。
先進(jìn)封裝市場(chǎng)快速升溫
Yole預(yù)測(cè)，2017~2022 年，全球先進(jìn)封裝技術(shù)：2.5D&3D，F(xiàn)an-out，F(xiàn)lip-Chip的收入年復(fù)合增長(zhǎng)率分別為28%、36%和8%，而同期全球封測(cè)行業(yè)收入年復(fù)合增長(zhǎng)率為3.5%，明顯領(lǐng)先于傳統(tǒng)封裝市場(chǎng)。2021年，OSAT廠(chǎng)商將花費(fèi)不低于67億美元用于先進(jìn)封裝的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備采購(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。此外，不只是OSAT，臺(tái)積電和英特爾也在先進(jìn)封裝上花費(fèi)巨大。
在這場(chǎng)競(jìng)賽中，最搶眼的有5家企業(yè)，分別是日月光、臺(tái)積電、英特爾、Amkor和江蘇長(zhǎng)電（JCET）。其中，臺(tái)積電計(jì)劃在2021年斥資25億至28億美元，以基于其 InFO、CoWoS 和 SoIC 的產(chǎn)品線(xiàn)來(lái)建設(shè)封裝廠(chǎng)。Yole估計(jì)，臺(tái)積電在2020年從先進(jìn)封裝中獲得了36億美元的營(yíng)收。
另外，OSAT霸主日月光宣布，將向其晶圓級(jí)封裝業(yè)務(wù)投入20億美元；英特爾則宣布，將在美國(guó)亞利桑那州投資200億美元建設(shè)晶圓廠(chǎng)，并擴(kuò)大其在亞利桑那州和俄勒岡州工廠(chǎng)的Foveros/EMIB封裝業(yè)務(wù)，此外，還將投資先進(jìn)封裝的合作項(xiàng)目，這方面的合作對(duì)象主要是臺(tái)積電。
先進(jìn)封測(cè)技術(shù)可以提高封裝效率、降低成本、提供更好的性?xún)r(jià)比。目前來(lái)看，先進(jìn)封裝主要包括倒裝（Flip Chip）、凸塊（Bumping）、晶圓級(jí)封裝（Wafer level package）、2.5D封裝、3D封裝（TSV）等技術(shù)。先進(jìn)封裝在誕生之初只有WLP、2.5D和3D這幾種，近年來(lái)，先進(jìn)封裝向各個(gè)方向快速發(fā)展，而每個(gè)開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)的公司都將自己的技術(shù)獨(dú)立命名，如臺(tái)積電的InFO、CoWoS，日月光的FoCoS，Amkor的SLIM、SWIFT等。
在中國(guó)大陸地區(qū)，2015年以前，只有長(zhǎng)電科技能夠躋身全球前十，而在2017年，三家封測(cè)企業(yè)營(yíng)收分別增長(zhǎng) 25%、28%、42%。長(zhǎng)電科技一躍成為全球OSAT行業(yè)中收入的第3名。
在技術(shù)儲(chǔ)備方面， 在大陸三大龍頭封測(cè)企業(yè)當(dāng)中，長(zhǎng)電科技的先進(jìn)封裝技術(shù)優(yōu)勢(shì)最為突出。據(jù)悉，其掌握了Fan-out eWLB（embedded wafer level BGA），WLCSP（wafer-level chip scale packaging），SiP，Bumping，PoP（package on package）等高端封裝技術(shù)。
5G需求最強(qiáng)烈
隨著手機(jī)越來(lái)越輕薄，在有限的空間里要塞入更多組件，這就要求芯片的制造技術(shù)和封裝技術(shù)都要更先進(jìn)才能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。特別是在5G領(lǐng)域，要用到MIMO技術(shù)，天線(xiàn)數(shù)量和射頻前端（RFFE）組件（PA、射頻開(kāi)關(guān)、收發(fā)器等）的數(shù)量大增，而這正是先進(jìn)封裝技術(shù)大顯身手的時(shí)候。
目前來(lái)看，SiP技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)較為成熟的階段，由于SoC良率提升難度較大。為了滿(mǎn)足多芯片互聯(lián)、低功耗、低成本、小尺寸的需求，SIP是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。SiP從封裝的角度出發(fā)，將多種功能芯片，如處理器、存儲(chǔ)器等集成在一個(gè)封裝模塊內(nèi)，成本相對(duì)于SoC大幅度降低。另外，晶圓制造工藝已經(jīng)來(lái)到7nm時(shí)代，后續(xù)還會(huì)往5nm、3nm挑戰(zhàn)，但伴隨而來(lái)的是工藝難度將會(huì)急劇上升，芯片級(jí)系統(tǒng)集成的難度越來(lái)越大。SIP給芯片集成提供了一個(gè)既滿(mǎn)足性能需求又能減少尺寸的解決方案。
而為了滿(mǎn)足5G的需求，在SiP的基礎(chǔ)上，封裝技術(shù)還在演進(jìn)。通過(guò)更先進(jìn)的封裝技術(shù)，可解決產(chǎn)品尺寸過(guò)大、耗電及散熱等問(wèn)題，并利用封裝方式將天線(xiàn)埋入終端產(chǎn)品，以提升傳輸速度。
以5G手機(jī)為例，應(yīng)用講究輕薄短小、傳輸快速，且整體效能取決于核心的應(yīng)用處理器（AP）芯片，而隨著5G高頻波段的啟用，負(fù)責(zé)傳輸信號(hào)的射頻前端（RFFE）和天線(xiàn)設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜，需要先進(jìn)封裝技術(shù)的支持。
競(jìng)爭(zhēng)加劇
近幾年，雖然排名前十的廠(chǎng)商一直未有大的變化，但是它們之間的競(jìng)爭(zhēng)激烈程度與日俱增，特別是市場(chǎng)對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)的需求量快速增長(zhǎng)，這也逐漸成為了優(yōu)秀封測(cè)企業(yè)的試金石。不僅是傳統(tǒng)的OSAT封測(cè)企業(yè)，近些年，一些IDM和晶圓代工廠(chǎng)也在企業(yè)內(nèi)部大力發(fā)展封測(cè)業(yè)務(wù)，以提升其生產(chǎn)效率和自主能力，而且，這些企業(yè)研發(fā)的一般都是先進(jìn)的封測(cè)技術(shù)。在這類(lèi)企業(yè)中，典型代表就是臺(tái)積電、三星和英特爾。
如臺(tái)積電的InFO（Integrated Fan-Out），就是其標(biāo)志性技術(shù)。另外還有CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝技術(shù)。該技術(shù)是為解決能耗問(wèn)題而發(fā)展出的2.5D封裝解決方案。此外，臺(tái)積電還在研發(fā)和推廣其3D封裝技術(shù)——SoIC。
近些年，為了提升綜合競(jìng)爭(zhēng)力，三星也在發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)，但與臺(tái)積電相比還是有差距。代表技術(shù)是“面板級(jí)扇出型封裝”FOPLP），F(xiàn)OPLP是將輸入/輸出端子電線(xiàn)轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體芯片外部，提高性能的同時(shí)，也能降低生產(chǎn)成本。
英特爾自研的先進(jìn)封裝技術(shù)是EMIB（嵌入式多芯片互連橋接）2D封裝 和 Foveros 3D封裝。此外，還有用于以上封裝的先進(jìn)芯片互連技術(shù)，包括Co-EMIB、ODI和MDIO。
有了IDM和晶圓代工廠(chǎng)的加入，封測(cè)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)或許將更加激烈，在多方勢(shì)力的競(jìng)逐下，在不久的將來(lái)，不知道傳統(tǒng)OSAT封測(cè)企業(yè)的格局是否會(huì)被打破。
臺(tái)積電與三星之爭(zhēng)
先進(jìn)制程工藝對(duì)封裝提出了更高要求，或者說(shuō)，先進(jìn)封裝在一定程度上可以彌補(bǔ)制程工藝的不足。因此，最近幾年，臺(tái)積電和三星不斷在3D先進(jìn)封裝技術(shù)方面加大投入，爭(zhēng)取把更多的先進(jìn)技術(shù)掌握在自己手中。
在臺(tái)積電2021 線(xiàn)上技術(shù)研討會(huì)期間，該公司披露了3DFabric系統(tǒng)整合解決方案，并將持續(xù)擴(kuò)展由三維硅堆棧及先進(jìn)封裝技術(shù)組成的3DFabric。
臺(tái)積電指出，針對(duì)高性能運(yùn)算應(yīng)用，將于2021年提供更大的光罩尺寸，以支持整合型扇出暨封裝基板（InFO_oS）和CoWoSR封裝方案，運(yùn)用范圍更大的布局規(guī)劃來(lái)整合chiplet及高帶寬內(nèi)存。
此外，系統(tǒng)整合芯片方面，芯片堆棧于晶圓之上的版本預(yù)計(jì)今年完成7nm的驗(yàn)證，并于2022年在嶄新的全自動(dòng)化晶圓廠(chǎng)開(kāi)始生產(chǎn)。
針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用，臺(tái)積電則推出了InFO_B解決方案，將移動(dòng)處理器整合于輕薄精巧的封裝之中，提供強(qiáng)化的性能和功耗效率，并且支持移動(dòng)設(shè)備芯片制造廠(chǎng)商封裝時(shí)所需的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存堆棧。
臺(tái)積電還將先進(jìn)封裝的業(yè)務(wù)拓展到了日本，這也需要一筆可觀(guān)的投資。日本經(jīng)產(chǎn)省表示，臺(tái)積電將在日本茨城縣筑波市設(shè)立研發(fā)據(jù)點(diǎn)，總經(jīng)費(fèi)約370億日元，日本政府將出資總經(jīng)費(fèi)約5成予以支持。據(jù)悉，擁有領(lǐng)先封裝技術(shù)的日本企業(yè)Ibiden、半導(dǎo)體裝置廠(chǎng)商芝浦機(jī)械（Shibaura Machine ）等與半導(dǎo)體有關(guān)的約20家日本企業(yè)有望參與研發(fā)，重點(diǎn)就是“小芯片”和3D封裝技術(shù)。
三星研發(fā)的3D封裝技術(shù)為X-Cube，該技術(shù)利用TSV封裝，可讓多個(gè)芯片進(jìn)行堆疊，制造出單一的邏輯芯片。
三星在7nm制程的測(cè)試過(guò)程中，利用TSV 技術(shù)將SRAM 堆疊在邏輯芯片頂部，這也使得在電路板的配置上，可在更小的面積上裝載更多的存儲(chǔ)單元。X-Cube還有諸多優(yōu)點(diǎn)，如芯片間的信號(hào)傳遞距離更短，以及將數(shù)據(jù)傳送、能量效率提升到最高。
三星表示，X-Cube可讓芯片工程師在進(jìn)行定制化解決方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，能享有更多彈性，也更貼近他們的特殊需求。
日月光鞏固龍頭地位
2020年至今，日月光在先進(jìn)封裝研發(fā)方面取得了多項(xiàng)成果，具體包括：覆晶封裝方面，實(shí)現(xiàn)了7nm/10nm芯片制程技術(shù)認(rèn)證，14nm/16nm銅制程/超低介電芯片覆晶封裝應(yīng)用、銀合金線(xiàn)于混合式覆晶球格陣列式封裝技術(shù)；焊線(xiàn)封裝方面，開(kāi)發(fā)了第二代先進(jìn)整合組件內(nèi)埋封裝技術(shù)、超細(xì)間距與線(xiàn)徑銅/金焊線(xiàn)技術(shù)，移動(dòng)式存儲(chǔ)技術(shù)、晶圓級(jí)扇出式RDL 打線(xiàn)封裝；晶圓級(jí)封裝方面，有扇出型30um芯片厚度研磨前切割技術(shù)、8 Hi HBM CPD晶圓高精準(zhǔn)度（+/-2um）研磨技術(shù)、晶圓穿導(dǎo)孔、玻璃基板封裝、晶圓級(jí)芯片尺寸六面保護(hù)封裝技術(shù)開(kāi)發(fā)、扇出型PoP芯片產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、晶粒貼合晶圓制程技術(shù)；先進(jìn)封裝與模組方面，開(kāi)發(fā)了低功耗天線(xiàn)設(shè)計(jì)與封裝技術(shù)、可彎曲基板及封裝技術(shù)、雙面薄化無(wú)線(xiàn)通訊模組技術(shù)、5G天線(xiàn)封裝等；面板級(jí)封裝方面，開(kāi)發(fā)了扇出型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償光罩之面板級(jí)封裝技術(shù)。
在此基礎(chǔ)上，日月光將在2021年持續(xù)擴(kuò)大先進(jìn)制程與產(chǎn)能規(guī)模，特別是在5G、SiP、感應(yīng)器、車(chē)用電子及智能型裝置方面，會(huì)進(jìn)一步加大投入力度。此外，預(yù)計(jì)多芯片及感應(yīng)器相關(guān)需求會(huì)增加。
結(jié)語(yǔ)
封裝對(duì)于提升芯片整體性能越來(lái)越重要，隨著先進(jìn)封裝朝著小型化和集成化的方向發(fā)展，技術(shù)壁壘不斷提高。未來(lái)，先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模有望快速提升，技術(shù)領(lǐng)先的龍頭廠(chǎng)商則會(huì)享受最大紅利。