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半导体

先进封装“三国杀”,传统封装厂商还有机会吗?


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近日,台积电宣布2022年预计资本支出将超过400亿美元,其中10%将用于先进封装。作为台积电的主要竞争对手,三星也放出狠话要与台积电在先进封装领域展开竞争。去年底英特尔在马来西亚投资70亿美元扩大先进封装产能,将先进封装技术视为其重振旗鼓的关键。

Yole数据显示,到2025年先进封装市场营收就将突破420亿美元,这几乎是传统封装市场预期增长率的三倍。进入后摩尔时代,先进封装愈发成为市场关注的焦点。传统封装厂商收到的压力也越来越大,封装市场竞争格局似乎要发生翻天覆地的变化。

封装市场“变天了”?

顾名思义,OSAT厂商即外包半导体(产品)封装和测试厂商,主要是为Foundry公司做IC产品封装和测试的产业链环节,主要业务在传统封测工艺。因此,在先进封装方面,与晶圆厂商相比,OSAT厂商并不占优势。

据了解,传统的封装工艺都是机械加工,例如磨削,锯切,焊丝等,封装工艺步骤主要在裸片切割后进行。而先进封装与以前的封装形式不同,几乎所有的封装过程步骤都是以晶圆的形式完成的,以此来缩小芯片体积。

北京超弦存储器研究院执行副院长、北京航空航天大学兼职博导赵超表示,尽管OSAT厂商在传统的封装工艺加工方面有很多经验优势,但是在晶圆级的封装方面,经验比不上晶圆厂商,因为晶圆级封装更像是晶圆制造工艺,因此相比较于OSAT厂商而言,晶圆厂商在先进封装方面有着得天独厚的优势。

从封装转变为如今的先进封装,从技术方面而言,晶圆厂更占优势。甚至如今的先进封装概念早先也并非由OSAT厂商提出,而是最早诞生于2009年的台积电。不禁令人质疑,难道封装市场要“变天了”?

据了解,据了解,当时台积电团队发现,当传统封装基板上的引线线宽超过50μm,且随着逻辑芯片和存储芯片之间的数据传输量越来越大时,高线宽会导致整颗芯片约40%的传输速度和60%的功耗被白白浪费。而假如用硅中介层来替代传统基板,将逻辑芯片和存储芯片等进行堆叠封装,引线线宽能够缩小至0.4μm以内,被损耗的大部分传输速度和功耗都能被重新找回。也是自那时起,先进封装的力量开始逐渐“浮出水面”,随后一跃成为半导体领域的焦点技术。

Yole数据显示,2020年至2026年,先进封装市场复合年增长率约为7.9%。到2025年,该市场营收就将突破420亿美元,这几乎是传统封装市场预期增长率的三倍。进入后摩尔时代,先进封装领域已经成为了市场关注的焦点。

先进封装“三国杀”

拥有得天独厚优势的晶圆厂商们也“嗅”到了先进封装市场的红利,纷纷开始大力布局先进封装领域。以台积电、三星、英特尔为代表的晶圆厂商们,如今都在不断加大在先进封装领域的投资力度,频频推出在先进封装领域的创新技术。

2015年台积电凭借InFO封装技术独揽了苹果的大单。在接下来的几年中,台积电也在先进封装领域不断发力,接连推出了CoWoS、SOIC 3D等技术,来完善其在先进封装领域的布局。为了进一步扩大其在先进封装上影响,2020年台积电将其旗下SoIC、InFO及CoWoS 等3D IC技术平台进行了整合,并命名为3D Fabric。据台积电介绍,在产品设计方面,3D Fabric提供了最大的弹性,整合逻辑Chiplet、高带宽内存(HBM)、特殊制程芯片,可全方位实现各种创新产品设计。

三星作为台积电在晶圆代工领域的最大劲敌,在先进封装方面的布局也毫不示弱,甚至放出狠话要在2022年与台积电在芯片先进封装领域展开竞争。三星和台积电的竞争,已经一路从进制程扩展到了先进封装领域。尽管起步较晚,但三星近年来一直坚持不懈地更新异质封装技术。

2018年三星推出首款I-Cube2方案,使其在先进封装领域站稳脚跟,随后在2020年推出了X-Cube方案的3D堆叠设计。2021年11月,三星宣布已与Amkor Technology联合开发出混合基板立方体(H-Cube)技术,这是其最新的 2.5D 封装解决方案,大大降低了高性能计算等市场的准入门槛,使得三星在先进封装领域名声大震。

英特尔近年来也在先进工艺的研发方面频频遭遇“难产”。这也使得英特尔在先进制程方面,与台积电、三星逐渐拉开差距。因此,英特尔也愈发看重先进封装的研发,并开始不断发力先进封装技术。

2021年7月,英特尔公布了有史以来最详细的制程工艺和封装技术发展路线,并表示将在芯片制程工艺以及先进封装方面共同发力,在2025年之前重返产业巅峰。2021年12月17日,英特尔表示投资70亿美元,以扩大其在马来西亚槟城的先进半导体封装工厂的生产能力。英特尔已经将先进封装技术视为其“重振旗鼓”的关键。

OSAT厂商并未被替代

不得不承认,众多非传统OSAT厂商纷纷入局先进封装产业,也给了传统OSAT厂商不小的竞争压力。

与其他科技领域相比,OSAT领域利润率相对较低,竞争也比较激烈,而随着晶圆厂商纷纷入局先进封装领域后,竞争也在不断加剧。

长电科技首席技术长李春兴认为,OSAT厂商与晶圆厂在封装技术上会有重叠,这使得OSAT的业务在投资支出和投资回报率方面有更多不确定性,另外在购置自动化专用的制造基础设施时也可能会出现竞争。

然而,在先进封装领域,传统的OSAT厂商真的要被晶圆厂商“拍死在沙滩上”了吗?实则不然。

赵超表示,尽管晶圆级封装技术十分火爆,但并不意味着传统的封装工艺就要被淘汰,在芯片生产的过程中,无论如何最后都需要对芯片进行后道的传统的封装,而OSAT厂商在后道传统封装工艺上的经验积累,也是难以被轻易替代的,二者各有各的优势。

据了解,先进制程的应用也是台积电等晶圆大厂与 OSAT 之间最主要的分水岭,台积电等晶圆大厂更锁定金字塔顶端芯片厂的高端产品,而其他非最先进的产品封测业务则会选择 AMKOR、长电、日月光等 OSAT厂商。

以AiP为例,AiP封装技术是将天线集成到芯片中,其优点在于可以简化系统设计,有利于小型化、低成本。在此方面晶圆代工大厂虽有研究,但成本管控上不及头部OSAT企业,在议价上操作空间也比较小,因此OSAT厂商扔掌握着多数 AiP 订单。

另外,晶圆代工厂在先进封装方面的布局与OSAT的营运模式、生意模式都不同,客户群、产品应用也有区分。此外,OSAT厂商还具备产品多元、成本低、上市速度快的优势,技术储备丰富的头部OSAT厂商也可以此和前道代工企业构成差异化竞争,且不惧怕被替代风险

可见,在先进封装方面,晶圆代工厂和传统OSAT厂商各具优势,并不意味着OSAT厂商要被替代。

催生新的合作模式

因此,赵超认为,OSAT与晶圆厂之间的关系也催生出了一个新的合作模式——晶圆厂商与OSAT厂商携手共同开展先进封装技术的研发。

据了解,中芯国际与OAST厂商长电科技的携手便是一个典型的案例,两家分别都是国内在晶圆代工以及封测方面最具代表性的企业,二者的携手大大促进了国内先进封装技术的研发。

三星近期推出的2.5D封装解决方案“H-Cube”,也是三星与OSAT厂商安靠合作开发。对此,安靠技术公司全球研究开发中心(R&D)副社长Jin-Young Kim也曾表示,此次的成功合作研发,证明了代工厂与OSAT厂商成为合作伙伴的重要性。

在先进封装领域,晶圆厂商与OSAT厂商之间并非仅仅是竞争关系的存在,实则二者之间可以相互合作,形成互补关系,共同打造先进封装领域的美好未来。

责任编辑:沈丛


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