Chiplet刮旋风 先进封装抢C位

【编者按】2022年，半导体行业依然在挑战中前行。后疫情时代、行业下行、地缘政治等因素仍深刻地影响着全球半导体产业链及生态。2023年全球半导体行业如何发展？新的挑战又会从何而来？为了厘清这些问题，集微网特推出【2022-2023专题】，围绕热门技术和产业，就产业链发展态势、热点话题及未来展望做一详实的总结及梳理，旨为在行业中奋进的上下游企业提供可以参考的镜鉴。

集微网报道 先进封装已经逐渐成为封装业新的代名词。根据市调公司Yole的统计，2021年先进封装的全球市场规模约350亿美元，到2025年将达约420亿美元，2019-2025年市场CAGR约8%，相比同期整体封装市场(CAGR=5%)和传统封装市场，先进封装市场的增长更为显著，将为全球封装市场贡献主要增量。

新能源汽车、HPC、5G等新兴应用对芯片性能需求的不断增长，以及处理器、通信、存储等芯片复杂度的不断演进，都在促使先进封装正在快速迭代。而2.5D/3D、FOWLP、Chiplet等先进封装解决方案也开始进入主流芯片的制造中，并保持高速的增长趋势。所有这一切都表明，先进封装的增长前景非常可期。

在2022年中，先进封装的表现也更为引人注目，无论是厂商的投入还是新标准的颁布，都为后摩尔定律时代的半导体制造注入新鲜的元素。

刮起Chiplet旋风

在2022年被提及最多的半导体名词不是3nm，而是Chiplet（芯粒）。

Chiplet与其说是一种技术，不如说是一种设计和制造理念。它将原本一个芯片中包含的诸多功能模块拆分一个个小单元，并各自强化功能，进行再设计和制造，最后通过先进封装技术形成一个系统级芯片。

AMD公司在2022年将Chiplet引入到GPU中，推出了创新的RDNA 3构架。其中，针对核心运算的引擎采用的是5nm工艺，而GDDR 6显存接口则采用相对成熟的6nm的工艺打造，两种单元以Chiplet的方式封装在一起，从而实现更具弹性的设计、更高良率和更低成本。

还有更多的芯片在使用或将使用Chiplet，这使得先进封装得以有更大的发挥。而Chiplet行业标准的制定，更为先进封装的全面爆发创造了条件。

2022年3月，英特尔、台积电、三星、AMD、Arm、高通、日月光、Google Cloud、Meta、微软等行业巨头结成UCIe联盟，旨在建立统一的die-to-die（裸片到裸片）互联标准，打造一个开放性的Chiplet生态系统，同时满足客户对更多可定制的封装级集成的要求，将一流的die-to-die的互连与协议从一个可互用且多厂商的生态系统连接起来。

UCIe联盟代表一个多样化的市场生态系，将满足客户对于更加定制化的封装整合需求。为了实现最大的兼容性，联盟推出的UCIe1.0标准并没有特别限制用于在Chiplet之间提供物理链接的封装技术。这就意味着，如台积电的CoWoS/InFO、Intel的EMIB，日月光的VIPack等，各种先进封装技术都将在一个有序发展的Chiplet市场中继续演进。

值得一提的是，长电科技已加入UCIe产业联盟。并且，被称为中国首个原生Chiplet技术标准的“小芯片接口总线技术要求”于12月16日颁布。国内的先进封装产业有望在Chiplet时代快速成长。

大厂动作频频

根据Yole的数据，2021年全球2.5D/3D封装前七大厂商的资本支出已经达到了119亿美元。显然，这一数字还会持续大幅增长。根据台积电公布的数据，2022年资本支出的10%将投入到先进封装中。为了不在新的技术变革中处于劣势，其他厂商必然跟进，竞争在进一步加剧。

台积电今年完成了SoIC、InFO及CoWoS 等3D IC封装技术的整合，形成了3D Fabric平台。该平台在今年取得了两项技术创新：首先是完成全球首颗以各应用系统整合芯片堆叠为基础的中央处理器，采用了芯片堆叠于晶圆之上(Chip-on- Wafer, CoW)技术，来堆叠三级快取静态随机存取记忆体。其次是采用晶圆堆叠于晶圆之上(Wafer-on-Wafer, WoW)技术堆叠于深沟槽电容晶片之上。

台积电在竹南建成全球首座全自动化3DFabric晶圆厂，其整合了先进测试、系统整合芯片及InFO工艺。根据台积电的预期，2026年先进封装产能将相较2018年扩大20倍。此外，台积电位于日本筑波的3D IC研发中心也正式启用，重点是研究下一代三维硅堆叠和先进封装技术的材料领域。

无独有偶，英特尔也在进行封装技术的整合。在2022年的英特尔On技术创新峰会上，CEO帕特·基辛格宣称，英特尔将开创“系统级代工”的时代。不同于仅向客户提供晶圆制造能力的传统代工模式，系统级代工将是涵盖晶圆、封装、软件和Chiplet的全面方案。基辛格强调，“这标志着从系统级芯片（system-on-a-chip）到系统级封装（system in a package）的范式转移。”

根据英特尔官方的介绍，其将为客户提供先进封装技术，如EMIB和Foveros，以帮助芯片设计企业整合不同的计算引擎和制程技术。

英特尔还在 IEDM 2022 上展示了正在开发的3D混合键合封装技术，可实现小芯片的无缝集成。据介绍，通过混合键合技术将互连间距继续微缩到3微米，英特尔能实现与SoC连接相似的互连密度和带宽。与IEDM 2021上公布的成果相比，英特尔在IEDM 2022上展示的最新混合键合研究将功率密度和性能又提升了10倍。

来自韩国的两大半导体巨头也在2022年强化了先进封装的相关布局。三星电子DS部门6月中组建半导体封装工作组，由直属DS部门执行长 Kyung Kye-hyun 管辖。半导体封装工作组由DS部门测试与系统封装 (TSP) 工程师、半导体研发中心研究人员及记忆体和代工部门组成，预计提出先进封装解决方案，加强与客户合作。

存储大厂SK海力士已经计划在美国选址建立一家先进封装工厂，并于明年第一季度左右破土动工。该封装工厂预计将耗资"数十亿美元"，到2025-2026年将实现量产，并雇用约1000名工人。同时，SK海力士也计划将投资150亿美元用于先进封装和半导体相关的研发。

OSAT厂商2021年仍然占据先进封装市场主要份额（65%），所以也在不断发力。排名第一的日月光今年前三季的资本支出达13.28亿美元，尽管下修了第四季预期，预估其全年资本支出仍将达到18亿美元的水平。长电科技在2022年初，也表示将有70%的资本支出用于先进封装，而通富微电则大幅提高2022年上半年的资本支出，同比增幅达42%，主要用于先进封装产能的扩充。

在技术层面，OSAT也有不俗的表现。日月光先进封装VIPack平台于今年推出FOCoS（Fan Out Chip on Substrate）扇出型封装技术，主要分为Chip First（FOCoS-CF)）以及Chip Last（FOCoS-CL）两种解决方案，可以更有效提升高性能计算的性能。

FOCoS-CF和FOCoS-CL方案解决了传统覆晶封装将SoC组装在基板上的局限性，将两个或多个芯片重组为扇出模组（fan out module），再置于基板上实现多芯片以及小芯片（Chiplet）的整合。

长电科技则在2022年实现了4nm制程手机芯片的封装，以及CPU、GPU和射频芯片的集成封装，其面向高密度多维异构集成应用的XDFOI系列工艺也在12月进入稳定量产阶段。通富微电于今年实现7纳米芯片封装产品的大规模量产，5纳米芯片封装产品也完成研发逐步量产，多层堆叠NAND Flash及LPDDR封装稳定量产，并在国内首家完成基于TSV技术的3DS DRAM封装开发。

业绩中流砥柱

严重的去库存化挑战让很多半导体企业2022年的业绩惨淡，但手握先进封装的OSAT大厂们却依然表现稳健。

根据CINNO Research对OSAT的研究报告，2022年上半年，日月光营业收入同比增长约27.1%，位居第一，封测事业汽车电子营收较去年成长54%。Amkor营业收入同比增长13.5%，位居第二，数据中心、汽车和工业贡献大部分营收。

大陆封装龙头也交出了不错的成绩单。2022年Q3，长电科技收入为91.8亿元，前3季度累计实现收入为247.8亿元，同创历年同期新高。通富微电营业收入为153.19亿元，同比增长36.73%。华天科技Q3业绩虽有下滑，但前三季度实现营收为91.27亿元，同比增长2.93%。

爱集微咨询业务总监陈跃楠指出，传统封装下调速度较快，先进封装业务正在上升，目前HPC、汽车、服务器等产生大量封装需求，对后续市场会有强烈的提振作用。

以长电科技营收为例，以高密度系统级封装技术、大尺寸倒装技术及扇出型晶圆级封装技术为主的先进封装相关收入前三季度累计同比增长达21%。

业内人士指出，先进封装补强了前道晶圆制造环节对于先进工艺方面的欠缺，同时又满足终端应用对高性能、低功耗和小型化的需求，所以广受欢迎。因此，各大封装厂不断以高性能封装技术和产品加速占领市场，增强抵御周期波动的能力，释放出新的增长动力。

值得注意的是，在全球半导体市场的波动中，先进封装也绝非能一直独善其身。据媒体报道，进入第四季度以后，台积电替苹果iPhone系列代工的A系列应用处理器的InFO的产能利用率已率先松动，预计2023年CoWoS封装（HPC芯片用）的产能利用率也有小幅度下滑。因此，如果市场继续下行，先进封装在2023年也将承受更大的压力。