在半導體行業(yè)持續(xù)演進的進程中,先進封裝技術已一躍成為各大晶圓大廠激烈角逐的戰(zhàn)略要地。隨著摩爾定律逐漸逼近物理極限,傳統(tǒng)芯片制程微縮面臨重重挑戰(zhàn),先進封裝憑借其能夠在不依賴制程工藝提升的前提下,實現(xiàn)芯片高密度集成、體積微型化以及成本降低等顯著優(yōu)勢,完美契合了高端芯片向更小尺寸、更高性能、更低功耗發(fā)展的趨勢,從而成為延續(xù)摩爾定律和超越摩爾定律的關鍵路徑。
值得注意的是,近年來,除了風頭頗盛的CoWoS外,CoPoS、EMIB-T等新的先進封裝技術又被提出,主要晶圓大廠紛紛加快腳步,在先進封裝領域積極開啟新一輪技術布局和競爭。
01
臺積電:“化圓為方”引領封裝變革
臺積電作為半導體制造領域的領軍企業(yè),在先進封裝技術方面始終走在行業(yè)前沿。其推出的CoPoS(Chip-on-Package-on-Substrate)技術,以“化圓為方”的創(chuàng)新性理念,徹底顛覆了傳統(tǒng)封裝模式。傳統(tǒng)的圓形晶圓在封裝過程中存在一定的局限性,而CoPoS技術直接將芯片排列在大型方形面板基板上進行封裝,這種設計堪稱對現(xiàn)有CoWoS-L或CoWoS-R技術的矩形化革新。
從技術層面深入剖析,CoPoS技術通過將傳統(tǒng)圓形晶圓改為310x310毫米方形設計,極大地提升了單位面積的利用率。經測算,這一改進預計可降低約15%-20%的制造成本,成本優(yōu)勢十分顯著。在產能布局方面,臺積電規(guī)劃在嘉義AP7廠區(qū)構建新一代先進封裝技術CoPoS的量產工廠,目標是在2028年底至2029年實現(xiàn)量產。嘉義AP7廠區(qū)的規(guī)劃充分彰顯了臺積電在先進封裝領域的系統(tǒng)性投入。該園區(qū)分階段建設8個產線單元,其中P4廠專門用于CoPoS量產,P2/P3廠則優(yōu)先支持SoIC(晶圓級3D堆疊)技術,P1廠為蘋果WMCM多芯片模組保留專屬產能。與傳統(tǒng)封裝重鎮(zhèn)南科AP8(主要聚焦CoWoS)相比,AP7廠區(qū)憑借更大的廠房空間以及更為完善的制程配套,將成為臺積電整合SoIC、CoPoS等前沿封裝技術的核心基地。
此外,臺積電被曝已在為2026年蘋果A20系列SoC(系統(tǒng)級芯片)的封裝,啟動了WMCM(Wafer-LevelMulti-ChipModule,晶圓級多芯片封裝)新工藝試生產準備工作。WMCM是一種在晶圓級將多顆芯片集成封裝的技術,能夠在保持高集成度的同時,顯著縮小封裝體積并提升信號傳輸效率。
02
英特爾:EMIB-T技術的升級與拓展
英特爾在先進封裝領域同樣成果斐然,其推出的EMIB(EmbeddedMulti-DieInterconnectBridge)技術,即嵌入式多芯片互聯(lián)橋,已經成功投入生產。該技術突破了光罩尺寸的限制,實現(xiàn)了多芯片之間的高速互聯(lián)。在需要高密度互連的芯片部位,通過將硅片嵌入基板,形成高密度互連橋,而其他區(qū)域則通過基板進行互連。在同一個封裝內,甚至在同一個芯片的不同區(qū)域,EMIB互連和常規(guī)互連能夠共存,臺積電的CoWoS-L技術在一定程度上便是借鑒了EMIB技術。
在此基礎上,英特爾進一步推出了EMIB-T先進封裝技術。EMIB-T通過引入硅通孔(TSV)技術,對芯片之間的電源傳輸和數(shù)據(jù)通信進行了優(yōu)化。與傳統(tǒng)的EMIB相比,它摒棄了懸臂式的供電方式,而是借助封裝底部的TSV直接供電,這一改進有效地降低了電阻,從而能夠更好地支持像HBM4和HBM4e這樣的高性能內存。同時,TSV技術還大幅增加了芯片間的通信帶寬,并且兼容UCIe-A互聯(lián)標準,數(shù)據(jù)傳輸速度超過32Gb/s。為了減少信號干擾,英特爾還在橋接器里加入了高功率的MIM電容器,確保信號傳輸更加穩(wěn)定可靠。
在2025IEEE電子器件技術大會(ECTC)上,英特爾分享了其封裝技術的最新進展。除了在供電穩(wěn)定性方面通過EMIB-T取得突破外,英特爾還計劃通過探索高精度、大光罩熱壓鍵合(TCB)的先進工藝來提高封裝的良率和可靠性。隨著封裝尺寸不斷增大,集成多芯片的復雜程度也同步提升,熱壓鍵合技術的應用將有助于應對這一挑戰(zhàn)。此外,隨著封裝變得越來越復雜,尺寸不斷增大,熱設計功耗(TDP)也在持續(xù)增加。為有效解決散熱難題,英特爾正在研發(fā)全新的分解式散熱器技術,以及新一代熱界面材料。這些創(chuàng)新技術能夠更高效地將熱量從熱源傳遞到散熱器的各個部分,進而顯著提升整體的散熱效率,為高性能芯片的穩(wěn)定運行提供堅實保障。
03
聯(lián)電:加碼W2W3DIC先進封裝
晶圓代工大廠聯(lián)電在先進封裝領域也展現(xiàn)出積極進取的姿態(tài)。近期,聯(lián)電正考慮在南科收購瀚宇彩晶廠房,以大力推動其先進封裝技術的發(fā)展。盡管聯(lián)電對市場傳言未作出直接回應,但公司高層明確表示,未來在中國臺灣地區(qū)的產能規(guī)劃將持續(xù)擴展,尤其是在先進封裝領域將加大投入。
目前,聯(lián)電在新加坡已成功建立2.5D封裝產能,并掌握了晶圓對晶圓鍵合(Wafer-to-WaferBonding)技術,該技術在3DIC制造中起著至關重要的作用。此外,聯(lián)電在南科運營的Fab12A廠自2002年開始量產,現(xiàn)已順利導入14nm制程,專注于高階定制化制造。未來,聯(lián)電將依據(jù)業(yè)務發(fā)展與整體戰(zhàn)略規(guī)劃,充分結合既有的晶圓對晶圓鍵合技術,持續(xù)在中國臺灣推進更完整的先進封裝解決方案。
針對未來擴產方向,劉啟東指出,聯(lián)電將不再局限于傳統(tǒng)晶圓代工,也將跨足先進封裝等高附加價值領域。目前公司在新加坡已建置2.5D封裝制程,并具備晶圓對晶圓鍵合(WafertoWaferBonding)技術,這是一項可在原子級層面進行晶圓堆疊的關鍵工藝,廣泛應用于3DIC制造。聯(lián)電在中國臺灣的產線,也已具備該制程能力。
而就在去年,聯(lián)電共同總經理王石曾表示,聯(lián)電的3DIC解決方案已獲得客戶采用,首個應用為射頻前端模組。聯(lián)電不僅在RFSOI特殊制程方面有望實現(xiàn)市占率的顯著增長,還會在內嵌式高壓制程領域持續(xù)開拓客戶資源。在先進封裝領域,聯(lián)電除了提供2.5D封裝用的中間層(Interposer),還供應WoWHybridbonding(混合鍵和)技術,首個采用該技術的案件來自其采用自家RFSOI制程的既有客戶。
去年12月,有消息稱,聯(lián)電奪得高通高性能計算(HPC)產品的先進封裝大單,預計將應用在AIPC、車用以及AI服務器市場,甚至包括HBM的整合。同時,這也打破了先進封裝代工市場由臺積電、英特爾、三星等少數(shù)廠商壟斷的態(tài)勢。聯(lián)電未對單一客戶做出回應,但強調先進封裝是公司重點發(fā)展的方向,并會與智原、矽統(tǒng)等子公司及存儲供應伙伴華邦共同打造先進封裝生態(tài)系統(tǒng)。
04
三星:SAINT技術構建3D封裝新體系
三星在先進封裝領域同樣不甘落后,推出了SAINT(三星先進互連技術)。SAINT技術體系涵蓋三種不同的3D堆疊技術:用于SRAM的SAINT-S、用于邏輯的SAINT-L和用于在CPU或GPU等邏輯芯片之上堆疊DRAM的SAINT-D。三星的新型3D封裝方法別具一格,涉及將HBM芯片垂直堆疊在處理器頂部,這與現(xiàn)有的通過硅中介層水平連接HBM芯片和GPU的2.5D技術截然不同。這種垂直堆疊方法成功消除了對硅中介層的需求,但需要使用復雜的工藝技術制造用于HBM內存的新基片。
在韓國國內市場,三星積極擴充封裝設施。三星與忠清南道此前及天安市簽訂協(xié)議,計劃在天安建設一座先進的HBM封裝工廠,占地28萬平方米,并預計在2027年完成。此外,三星正在日本橫濱建設AdvancedPackagingLab(APL),專注于研發(fā)下一代封裝技術。該項目將致力于支持高價值芯片應用,如HBM、人工智能(AI)和5G技術。
05
AI和HBM推動先進封裝方案進步
不難發(fā)現(xiàn),晶圓大廠的先進封裝方案大多聚焦于HBM內存堆疊。隨著人工智能技術的迅猛發(fā)展,對高帶寬內存(HBM)的需求呈爆發(fā)式增長。HBM能夠提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬,滿足AI芯片在處理海量數(shù)據(jù)時對內存性能的嚴苛要求。先進封裝技術通過將HBM芯片與處理器芯片進行高效集成,能夠顯著提升芯片系統(tǒng)的整體性能和能效比。特別是HBM4的封裝方式正在從傳統(tǒng)的水平2.5D方法轉向垂直3D堆疊。
以臺積電為例,其先進封裝技術如CoWoS、CoPoS等,為HBM內存與處理器的集成提供了可靠的解決方案。通過優(yōu)化封裝結構和互連技術,臺積電能夠實現(xiàn)HBM與處理器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸,降低傳輸延遲,從而提高AI芯片的運算效率。英特爾的EMIB-T技術以及三星的SAINT技術,同樣在HBM內存堆疊和集成方面具備獨特優(yōu)勢,能夠更好地支持高性能內存,提升芯片間的通信帶寬和穩(wěn)定性。
從市場需求來看,人工智能應用的快速發(fā)展,如深度學習、大數(shù)據(jù)分析、自然語言處理等,對計算能力和內存帶寬提出了前所未有的要求。AI芯片作為這些應用的核心驅動力,需要借助先進封裝技術將HBM內存與處理器緊密集成,以實現(xiàn)更高的性能和更低的功耗。因此,各大晶圓大廠紛紛圍繞HBM內存堆疊布局先進封裝方案,旨在滿足AI市場的巨大需求,搶占人工智能時代半導體市場的制高點。
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