先進半導體封裝：延續摩爾定律的關鍵

隨著半導體產業應對摩爾定律放緩的步伐，先進半導體封裝已成為提升系統效能和降低成本的重要途徑。本深度報告探討了塑造晶片封裝未來的技術、市場動態和主要參與者，超越傳統微縮以實現更高的整合度和功能性。

封裝在半導體價值鏈中的角色

封裝是半導體製造過程中的關鍵步驟，用於保護脆弱的晶片、提供電氣連接並散熱。它橋接了晶片的微觀世界與印刷電路板（PCB）的宏觀世界。封裝的主要目標是保護晶片、支撐其物理結構、將電極連接到外部電路，並增強熱性能。

封裝材料通常為塑膠、陶瓷或金屬。塑膠最常見且成本效益最高，但散熱能力最差。陶瓷提供更好的熱管理，但成本較高。金屬提供最佳的熱性能，但需要絕緣層，因此常作為塑膠或陶瓷封裝的蓋子。

封裝可按連接結構分類。內部封裝指晶片與其載體（引線框架或基板）之間的連接，常見方法包括打線接合（WB）和覆晶（FC）。外部封裝是連接載體與PCB的可見外形，如QFP、QFN和BGA。晶圓級封裝（WLP）繞過傳統載體，直接將晶片連接到PCB。

數十年來，產業依賴縮小電晶體尺寸來每18-24個月使效能翻倍，即所謂的摩爾定律。然而，隨著製程節點變得越來越複雜和昂貴，每一代新製程的成本和時間急劇上升。這導致了範式轉移，系統級整合而非純粹的電晶體微縮成為提升效能的關鍵。

先進封裝通過將多個晶片或小晶片（chiplet）整合到單一封裝中來實現這種整合。這種方法具有幾個優點：

降低成本：製造較小的晶片可提高良率並降低成本。這些晶片隨後可整合到單一封裝中，如AMD的小晶片架構所示。
效能提升：通過高頻寬互連整合晶片，可顯著提升效能。蘋果的M1 Ultra晶片是典型例子，它使用台積電的InFO-LSI技術將兩個M1 Max晶片結合在一起。
異質整合：可將在不同製程節點（如邏輯和記憶體）上製造的晶片結合起來，針對每個功能優化效能和成本。

先進封裝大致分為基板型和晶圓級兩大類，各有其技術和應用。

這些封裝使用基板或中介層來連接多個晶片。

FCBGA（覆晶球格陣列）：此技術結合覆晶互連和BGA基板。它提供優異的電氣性能、高I/O密度和良好的散熱能力，非常適合高性能ASIC、CPU和GPU。
嵌入式SiP（系統級封裝）：晶片直接嵌入基板中，縮短連接距離，提高電源效率和熱性能。廣泛應用於電源管理IC和感測器。

WLP在切割前於晶圓上進行，使最終封裝更小。

這是最先進的封裝技術，實現高密度垂直和水平整合。

先進封裝市場預計將顯著成長。據Yole稱，全球先進封裝市場預計將從2020年的304億美元成長到2025年的500億美元以上，年複合成長率超過10%。這一成長由幾個因素驅動：

SiP市場預計到2025年將達到188億美元，而2.5D/3D市場預計將達到118億美元。扇出型晶圓級封裝是成長最快的細分市場，年複合成長率接近20%。

先進封裝領域競爭日益激烈，來自半導體價值鏈不同環節的參與者爭奪市場份額。

晶圓代工廠（如台積電、三星）：這些公司利用其先進的晶圓製造能力提供領先的封裝解決方案，如CoWoS、InFO和SoIC。它們在2.5D/3D和扇出技術方面尤其強大。
IDM（如英特爾）：英特爾開發了自己的先進封裝技術，如EMIB和Foveros，主要用於自家產品。
OSAT（如日月光、長電科技、安靠）：這些外包封裝和測試公司專注於SiP和其他封裝形式。它們在異質整合方面佔有強勢地位，是SiP市場的關鍵參與者。

雖然晶圓代工廠主導最先進的2.5D/3D技術，但OSAT預計將在SiP和其他領域保持強勢，受益於系統級整合的廣泛需求。

中國是全球封裝市場的主要參與者，受其龐大的國內半導體需求驅動。該國先進封裝市場在2020年價值超過900億元人民幣，並且由於推動國內自給自足而快速成長。

主要中國OSAT包括：

這些公司正在大力投資先進封裝產能和技術，為從國內替代趨勢中受益做好準備。

先進半導體封裝不再只是後端製程；它是延續摩爾定律效益的戰略技術。隨著產業邁向異質整合和小晶片設計，封裝在決定系統效能、成本和外形尺寸方面的作用只會越來越大。憑藉動態的競爭格局和強勁的市場驅動力，先進封裝將在未來十年及更長時間內成為半導體產業的基石。