半导体行业专题报告:先进封装超越摩尔定律,晶圆厂和封测厂齐发力

后摩尔时代,先进封装备受重视。

一、先进封装受重视的原因

一方面,当下先进芯片的发展遭遇 “存储墙”“面积墙”“功耗墙” 和 “功能墙” 等诸多难题,仅靠先进制程难以解决,此时先进封装就成为解决问题的重要助力。另一方面,随着工艺制程达到 10nm 以下,芯片设计成本急剧攀升。据 IBS 的数据显示,16nm 工艺的芯片设计成本为 1.06 亿美元,到 5nm 时已增至 5.42 亿美元。并且,由于先进制程愈发接近物理极限,摩尔定律的发展明显变缓,于是侧重封装技术的 More than Moore 路径愈发受到关注。按照 Yole 的预测,2023 年全球先进封装的营收为 378 亿美元,到 2029 年将增长到 695 亿美元,2023 - 2029 年的复合年增长率(CAGR)达 10.7%。其中,2.5D/3D 封装的增速最为迅猛;高端封装市场规模将从 2023 年的 43 亿美元增长至 2029 年的 280 亿美元,CAGR 高达 37%;先进封装领域的资本开支将从 2023 年的 99 亿美元提升至 2024 年的 115 亿美元。

二、先进封装技术的特点与 Chiplet 的发展前景

先进封装技术多种多样,像 FO(扇出型封装)、WLCSP(晶圆级芯片规模封装)、FCCSP(倒装芯片级封装)、FCBGA(倒装芯片球栅阵列封装)、2.5D 封装、3D 封装、ED(芯片封装)、SiP(系统级封装)等都属于先进封装技术。与传统封装技术相比,先进封装有诸多变化,例如连接方式从有线转变为无线,封装范围从芯片级扩展到晶圆级,从单芯片封装拓展到多芯片封装,从 2D 封装延伸至 2.5D/3D 封装。这些变化使得封装体积缩小、I/O 数量增加、集成度和性能得以提高,并且成本降低。Chiplet(芯粒 / 小芯片)是后摩尔时代的重要发展路径,相对于 SoC(片上系统),它具有更高的灵活性、可扩展性和模块化特点。据 martket.us 预测,全球 Chiplet 市场规模将从 2023 年的 31 亿美元增长至 2033 年的 1070 亿美元,CAGR 约为 42.5%。

三、晶圆厂和封测厂在先进封装领域的布局

晶圆厂和封测厂都在积极布局先进封装,它们之间存在着竞争与合作关系。

晶圆厂布局情况

晶圆厂凭借前道工艺的优势涉足先进封装领域。先进封装,特别是高端封装的实现对前道技术的依赖程度日益加深,台积电、英特尔和三星等晶圆厂在前道工艺方面优势显著。随着先进封装需求的增长,2023 年台积电、英特尔、三星的封装收入在全球分别位列第三到第五。

台积电:2008 年成立集成互连与封装技术整合部门,专门致力于先进封装技术的研究,重点发展扇出型封装 InFO、2.5D 封装 CoWoS 和 3D 封装 SoIC。英伟达的 H100、A100、B100 都采用了 CoWoS 封装,在人工智能强劲需求的背景下,台积电 CoWoS 的产能一直处于紧张状态。除了不断扩产之外,台积电还积极与 OSAT 厂商开展合作。台积电表示未来将只专注于最前沿的后道技术。

三星:提供 2.5D 封装 I - Cube、3D 封装 X - Cube 等封装技术。2022 年 12 月在半导体业务部门内成立先进封装(AVP)业务团队,2024 年 7 月将 AVP 业务团队重组为 AVP 开发团队,旨在加强 2.5D、3D 等先进封装技术的研发。

英特尔:提供 2.5D 封装 EMIB、3D 封装 Foveros 等封装技术。

封测厂布局情况

OSAT 厂商积极发力先进封装以获取更多价值增量。相较于传统封装,先进封装不仅需求增长速度更快,在产业链中的价值占比也更高。传统的 OSAT 大厂,如日月光、长电科技等,为了获取更高的市场份额和价值量,都在大力发展先进封装技术。2023 年前六大 OSAT 厂商约 41% 的资本开支都投向了先进封装。

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