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半导体

台积电700亿元建晶圆封测厂,产业链上下游怎么办?

据悉,台积电董事会近期通过了建设竹南先进封测厂的决定,选址为苗栗县竹南科学园区。该封测厂预计总投资额约合人民币716.2亿元,计划明年年中第一期产区运转。除了台积电,中芯国际也与长电科技联合设厂,布局晶圆级封装。台积电布局先进封装有何动机?晶圆大厂持续加码封装业,将对产业链上下游的竞合关系带来哪些影响?

引领晶圆级封装

台积电不仅仅是全球晶圆代工的龙头企业,也是晶圆级封装的引领者。经历了十年左右的布局,台积电已经形成了包括CoWoS(基片上晶圆封装)、InFO(集成扇出型封装)、SoIC(系统整合单晶片封装)在内的晶圆级系统整合平台。

台积电的封装技术聚焦于晶圆级封装方案,与一般意义上的封装相比,晶圆级封装最大的特点是“先封后切”。据应用材料介绍,晶圆级封装是在晶圆上封装芯片,而不是先将晶圆切割成单个芯片再进行封装。这种方案可实现更大的带宽、更高的速度、更高的可靠性以及更低的功耗。

CoWoS是台积电推出的第一批晶圆级封装产品,于2012年首次应用于28nm的FPGA封装。CoWoS能实现更密集的芯片堆叠,适用于连接密度高、封装尺寸较大的高性能计算市场。随着AI芯片的爆发,CoWoS成为台积电吸引高性能计算客户的有力武器,其衍生版本被应用于英伟达Pascal、Volta系列,AMD Vega,英特尔Spring Crest等芯片产品。

而InFO封装,是台积电在与三星的竞争中脱颖而出并夺得苹果大单的关键。InFO取消了载板使用,能满足智能手机芯片高接脚数和轻薄化的封装需求,后续版本则适用于更加广泛的场景。拓墣产业研究院指出,InFO-oS主要面向高性能计算领域,InFO-MS面向服务器及存储,而5G通信封装方面以InFO-AiP技术为主流。

在InFO、CoWoS的基础上,台积电继续深耕3D封装。在2019年6月举办的日本VLSI技术及电路研讨会上,台积电提出新型态SoIC封装,以进一步提升CPU/GPU处理器与存储器间的整体运算速度,预计在2021年实现量产。

台积电之所以能开展封装业务,甚至引领晶圆级封装的发展,有两个层面的原因。一方面,晶圆级封装强调与晶圆制造的配合,而台积电在晶圆制造有着长期的技术积累,有利于开发出符合需求的封装技术。同时,台积电本身的晶圆出产量,能支撑封装技术的用量,提升封装开发的投入产出比。另一方面,台积电基于龙头代工厂的地位,具有人才和资金优势。

“台积电以自身的业内地位,可以聚集全球最顶尖的封测人才,在开发财力上,也比一般的封测企业更有保证。”芯谋研究首席分析师顾文军向记者表示。

打造一站式服务

在2017年第四季度法说会上,台积电表示,其CoWoS用于HPC应用,尤其是AI、数据服务和网络领域,主要与16nm制程进行配套生产;InFO技术则主要用于智能手机芯片,而HPC与智能手机正是台积电2017年营收的两大来源,其中智能手机业务收入占比达到50%,HPC占比达到25%。

不难看出,台积电的封装布局属于晶圆代工的“配套业务”,主要目标是形成与其他晶圆代工厂商的差异化竞争。

“封装与晶圆制造都是芯片生产中不可或缺的环节。随着技术的发展演进,封装的重要性不断提升,已成为代工厂商的核心竞争力之一。”顾文军向《中国电子报》记者表示,“因此,台积电通过不断加大封装中靠近晶圆制造的工艺技术开发,以提供更完善的一站式解决方案。”

集邦咨询分析师王尊民向记者指出,台积电进军封测领域的原因,主要是希望延伸自己的先进制程技术,通过制造高阶CPU、GPU、FPGA芯片,并提供相应的封测流程,提供完整的“制造+封测”解决方案。

“虽然晶圆厂需额外支出封测等研发费用,但此方案却能有效吸引高阶芯片设计公司下单,实现‘制造为主,封测为辅’的商业模式。”王尊民说。

同时,在后摩尔时代,制程趋近极限,封装对于延续摩尔定律意义重大,越来越引起集成电路头部厂商的重视。

“摩尔定律的本质是单位面积集成更多的晶体管,随着摩尔定律放缓,厂商需要在封装上下功夫,通过堆叠或者其他方式在单位面积集成更多的晶体管。”Gartner研究副总裁盛陵海向记者表示。

“先进封测是未来半导体行业的增长点,市场前景广阔,加快推动先进封测布局更能赢得半导体市场的长期话语权。”赛迪智库高级分析师王若达向记者指出,“进入先进封测市场具有较高的资金、技术门槛,台积电企业凭借资金技术的多年积累,可以快速抢占市场。”

封测企业高阶市场被挤压

除了台积电,中芯国际也基于与长电科技的合作布局晶圆级封装。2014年,中芯国际与长电科技合资设立中芯长电,聚焦中段硅片制造和测试服务以及三维系统集成芯片业务。2019年,中芯长电发布了超宽频双极化的5G毫米波天线芯片晶圆级集成封装SmartAiP,实现了24GHz到43GHz超宽频信号收发,有助于进一步实现射频前端模组集成封装的能力。

“未来封测的发展方向可能不再局限于以往单独代工环节,而是与设计、材料、设备相结合的一体化解决方案,集成电路前后道工艺融合发展趋势日益明显。”王若达说。

头部厂商不断加强对晶圆级封装的布局,会不会影响晶圆与封装的竞合关系?

王若达表示,晶圆级封装的出现模糊了晶圆厂和封测厂之间的界限,代工企业开始挤压封测企业空间,并直接进驻高端封测。

盛陵海也指出,曾经封装厂和代工厂之间是完全分工的,但在高端场景上,晶圆厂不得不自行开发相应的晶圆级封装技术,封测厂要在高端场景保持相应的竞争力,也需要具备相应的工艺。

台积电等晶圆厂商在高阶市场与封测厂构成竞争,也对封测厂的技术研发能力和订单相应能力提出要求。

“台积电对于高阶封测的投入,将会压缩封测代工厂的小部分高阶市场。然而,于封测代工厂而言,主力市场仍在其他消费性电子产品中。封测厂商除了积极发展高阶封测技术以吸引客户外,巩固其他晶圆制造厂的订单来源,将更为重要。”王尊民说

责任编辑:赵强


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