引言

隨著半導體技術的飛速發(fā)展，摩爾定律逐漸逼近物理極限，傳統(tǒng)依靠縮小晶體管尺寸來提升性能的方法面臨嚴峻挑戰(zhàn)。在此背景下，先進封裝技術作為超越摩爾定律的重要途徑，正成為半導體行業(yè)新的焦點。晶圓廠和封測廠齊發(fā)力，共同推動先進封裝技術的創(chuàng)新與應用，為半導體行業(yè)帶來新的增長點。本報告將深入探討先進封裝技術的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及其對半導體行業(yè)的影響。

一、先進封裝技術的重要性日益凸顯

1.1摩爾定律的放緩與封裝技術的崛起

摩爾定律指出，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目大約每18至24個月就會翻一倍，處理器性能大約每兩年翻一倍，同時價格下降為之前的一半。然而，隨著工藝制程進入10nm以下，芯片設計成本快速提高，且越來越接近物理極限，摩爾定律明顯放緩。根據(jù)International Business Strategies (IBS)的數(shù)據(jù)，16nm工藝的芯片設計成本為1.06億美元，而5nm則增至5.42億美元。

面對這一挑戰(zhàn)，業(yè)界開始將研發(fā)重點從“如何把芯片變得更小”轉變?yōu)椤叭绾伟研酒獾酶　?。先進封裝技術通過提高集成度和性能、降低成本，成為延續(xù)摩爾定律的重要途徑。

1.2先進封裝技術的定義與功能

芯片封裝是用特定材料、工藝技術對芯片進行安放、固定、密封，保護芯片性能，并將芯片上的接點連接到封裝外殼上，實現(xiàn)芯片內(nèi)部功能的外部延伸。芯片封裝完成后，還需進行芯片測試以確保封裝的芯片符合性能要求。通常認為，集成電路封裝主要有電氣特性的保持、芯片保護、應力緩和及尺寸調(diào)整配合四大功能。

二、先進封裝技術的演進與發(fā)展現(xiàn)狀

2.1封裝技術的五個發(fā)展階段

迄今為止，全球集成電路封裝技術一共經(jīng)歷了五個發(fā)展階段：

通孔插裝時代：以DIP（雙列直插封裝）、SIP（單列直插封裝）技術為代表。

表面貼裝時代：以LCC（無引線芯片載體）、SOP（小外形封裝）為代表，用引線替代引腳并貼裝在PCB板上。

面積陣列時代：以BGA（球柵陣列封裝）、CSP（芯片尺寸封裝）、FC（倒裝焊封裝）等先進封裝技術為代表，封裝體積大幅縮減，系統(tǒng)性能顯著提升。

多芯片封裝與系統(tǒng)級封裝時代：MCM（多芯片模塊）、SiP（系統(tǒng)級封裝）、Bumping等技術快速發(fā)展，封裝技術從單芯片封裝向多芯片封裝、從封裝元件向封裝系統(tǒng)演變。

立體結構封裝時代：MEMS（微機電機械系統(tǒng)封裝）、TSV（硅通孔）、FO（扇出型封裝）等立體結構型封裝技術相繼出現(xiàn)，封裝產(chǎn)業(yè)鏈進入復雜集成時代。

2.2當前主流技術與未來趨勢

當前，全球封裝行業(yè)的主流技術處于以CSP、BGA為主的第三階段，并向以SiP、FC、Bumping為代表的第四階段和第五階段封裝技術邁進。根據(jù)SemiconductorEngineering預測，全球半導體封裝市場規(guī)模將由2020年的650.4億美元增長至2027年的1186億美元，復合增長率為6.6%。其中，先進封裝復合增長率超過傳統(tǒng)封裝，有望于2027年市場規(guī)模超過傳統(tǒng)封裝，達到616億美元。

先進封裝技術多樣，包括FO、WLCSP（晶圓級芯片規(guī)模封裝）、FCCSP（倒裝芯片級封裝）、FCBGA、2.5D封裝、3D封裝、SiP等。這些技術通過提高集成度和性能、降低成本，滿足市場對電子設備小型化、系統(tǒng)化和信息傳遞速度不斷提升的需求。

三、晶圓廠和封測廠在先進封裝中的角色與發(fā)力

3.1晶圓廠的優(yōu)勢與布局

晶圓廠在先進封裝中的地位領先，尤其是高端封裝的實現(xiàn)越來越依賴前道技術。臺積電、英特爾和三星等晶圓廠憑借先進封裝需求走高，封裝收入在全球市場中占據(jù)重要地位。

臺積電：早在2008年便成立集成互連與封裝技術整合部門，專門研究先進封裝技術。目前，臺積電已形成CoWoS、InFO、SoIC技術陣列，并在2020年宣布將其2.5D和3D封裝產(chǎn)品合并為一個全面的品牌3DFabric技術，進一步加速3D IC生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新及完備。

英特爾：同樣在先進封裝領域投入巨資，通過不斷迭代新型封裝技術，提升產(chǎn)品性能和市場競爭力。

三星：在3D封裝技術方面取得顯著進展，通過TSV等關鍵技術實現(xiàn)芯片間的垂直互聯(lián)，提高集成度和性能。

3.2封測廠的專業(yè)化與創(chuàng)新

半導體產(chǎn)業(yè)垂直分工造就專業(yè)委外封裝測試企業(yè)(OSAT)。封測廠通過專業(yè)化服務，為晶圓廠提供高質(zhì)量的封裝測試解決方案。在先進封裝領域，頭部OSAT廠商如安靠、日月光、長電科技等憑借技術創(chuàng)新和規(guī)模效應，不斷推動封裝技術的進步。

四、先進封裝技術的市場前景與機遇

4.1市場規(guī)模與增長潛力

根據(jù)Yole的預測，全球先進封裝市場將持續(xù)增長。2023年全球先進封裝營收為378億美元，占半導體封裝市場的44%，預計2024年將增長13%至425億美元，2029年增長至695億美元，CAGR達11%。其中，2.5D/3D封裝增速最快，高端封裝市場規(guī)模將從2023年的43億美元增長至2029年的280億美元，CAGR達37%。

4.2應用領域與市場需求

先進封裝技術在多個應用領域展現(xiàn)出巨大潛力。在高性能計算領域，先進封裝技術通過提高集成度和性能，滿足超算和AI芯片對算力和帶寬的極致需求；在消費電子領域，隨著智能手機、可穿戴設備等產(chǎn)品的不斷迭代升級，對芯片封裝技術的要求也越來越高；在汽車電子和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域，先進封裝技術通過提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，保障產(chǎn)品的長期穩(wěn)定運行。

4.3國產(chǎn)替代與全球競爭

面對美國等國家的制裁和技術封鎖，中國半導體行業(yè)加速國產(chǎn)替代進程。在先進封裝領域，國內(nèi)企業(yè)如長電科技、通富微電、華天科技等憑借技術創(chuàng)新和市場拓展，逐步縮小與國際領先企業(yè)的差距。未來，隨著全球半導體市場的持續(xù)復蘇和中國市場需求的快速增長，國產(chǎn)先進封裝技術將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。

五、結論與展望

先進封裝技術作為超越摩爾定律的重要途徑，正成為半導體行業(yè)新的焦點。晶圓廠和封測廠齊發(fā)力，共同推動先進封裝技術的創(chuàng)新與應用，為半導體行業(yè)帶來新的增長點。未來，隨著全球半導體市場的持續(xù)復蘇和中國市場需求的快速增長，先進封裝技術將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。同時，國內(nèi)企業(yè)需加強技術創(chuàng)新和市場拓展，提高國產(chǎn)先進封裝技術的國際競爭力，為半導體行業(yè)的自主可控貢獻力量。