最近幾年，臺積電在晶圓廠代工領域發展的如火如荼，國內晶圓廠在這方面與臺積電的差距越來越大。但其實除了在代工領域，大陸在先進封裝上也正在被如三星和臺積電這些企業拉開距離。摩爾定律發展到今天，越來越多的先進技術成為驅動制程向前邁進的關鍵因素，在這其中，先進封裝首當其沖。在先進制程和先進封裝的雙輪驅動下，中國大陸晶圓廠的一道“新鴻溝”日漸淡出！

晶圓廠為何要進攻先進封裝？

隨著摩爾定律演進的技術難度和投資規模不斷提高，半導體行業正越來越依賴于封裝技術的發展。過去，晶圓代工與封裝廠基本都是各司其職，但隨著終端對芯片要求的提升，一方面，處理器所存在的“內存墻”問題大大限制了處理器的性能；另一方面，隨著高性能處理器的架構越來越復雜，晶體管數越來越多，再加上先進半導體工藝的價格昂貴，處理器良率提升速度差強人意。

集成電路設計的復雜性和流片成本不斷提高，微系統集成封裝和系統組裝的作用越來越大。集成電路和封裝的協同設計已成為產品成功的關鍵。在這一背景下，以臺積電、英特爾、三星為代表的三大芯片巨頭正積極探索 3D 封裝技術及其他先進封裝技術。

依據麥姆斯咨詢，先進封裝有兩種發展路徑：1.尺寸減小，使其接近芯片大小，包括FC（倒裝、Bumping）和晶圓級封裝（WLCSP、扇入扇出）。2.功能性發展，即強調異構集成，在系統微型化中提供多功能，包括系統級封裝SiP、3D封裝、硅通孔TSV。

集成電路封裝工藝發展歷程

接下來我們簡單再來看下這幾大類先進封裝的主要內容。

首先來看下晶圓級封裝（WLP），晶圓級封裝就是在封裝過程中大部分工藝過程都是對晶圓（大圓片）進行操作。其主要受到更小封裝尺寸和高度，以及簡化供應鏈和降低總體成本的需求。WLP技術有兩種類型：扇入式（Fan-in）和扇出式（Fan-out）晶圓級封裝。其中扇出式WLP可根據工藝過程分為芯片先上（Die First）和芯片后上（Die Last），芯片先上工藝，簡單地說就是先把芯片放上，再做布線（RDL）；芯片后上就是先做布線，測試合格的單元再把芯片放上去。

再就是2.5D/3D先進封裝集成，新興的2.5D和3D技術有望擴展到倒裝（FC）芯片和晶圓級封裝（WLP）工藝中。通過使用內插器（interposers）和硅通孔（TSV）技術，可以將多個芯片進行垂直堆疊。據報道，與傳統包裝相比，使用3D技術可以實現40～50倍的尺寸和重量減少。

最后是三維高密度系統級封裝（SiP/SoP），SiP是IC封裝領域的最高端的一種新型封裝技術，它將一個或多個IC芯片及被動元件整合在一個封裝中，綜合了現有的芯核資源和半導體生產工藝的優勢。SiP封裝也成為了實現高性能、低功耗、小型化、異質工藝集成、低成本的系統集成電子產品的重要技術方案。國際半導體技術路線（ITRS）已經明確SiP/SoP 將是未來超越摩爾（More than Moore）定律的主要技術。

龐大的市場發展規模也是三星和臺積電等晶圓廠大力發展的原因。根據Yole最新預測，從2018-2024年，整個半導體封裝市場的營收將以5%的復合年增長率（CAGR）增長，而先進封裝市場將以8.2%的復合年增長率增長，市場規模到2024年將增長至436億美元。在各種先進封裝平臺中，3D硅通孔（TSV）和扇出型（Fan-out）封裝，將分別以29%和15%的速度增長。而占據先進封裝市場主要市場份額的倒裝芯片（Flip-chip）封裝，將以約7%的復合年增長率增長。與此同時，扇入型晶圓級封裝（Fan-in WLP）主要受到移動市場驅動，也將以7%的復合年增長率增長。

2014-2024先進封裝按不同平臺收入劃分

三星、臺積電等晶圓廠走在先進封裝前列

在先進封裝的征程上，臺積電和三星無疑走在時代前列。臺積電在Fan-out和3D先進封裝平臺方面已處于領先地位，其先進封裝技術儼然已成為一項成熟的業務，并為其帶來了可觀的收入。三星的FO-PLP技術也已用于自家的手表中。

對先進封裝技術的重視，臺積電是第一人，也成為其甩開三星、英特爾的主要差異點。自2011年臺積電引入CoWoS作為用于異構集成的硅接口的高端先進封裝平臺以來，開創了從InFO（及其多個版本的InFO- os、InFO- aip）到SoIC，再到3D多棧（MUST）系統集成技術和3D MUST-in-MUST （3D- mim 扇出封裝）等一系列創新。其中，CoWoS協助臺積電拿下NVIDIA、超微（AMD）、Google、賽靈思（Xilinx）、海思等高階HPC芯片訂單。

據臺積電官網的最新信息顯示，他們目前有4座先進的芯片封測工廠，新投產兩座之后，就將增加到6座。外媒的報道還顯示，臺積電計劃在明后兩年投產的兩座芯片封裝工廠，將采用3D Fabric先進封裝技術。在8月底的臺積電2020年度的全球技術論壇和開放創新平臺生態系統論壇期間，他們公布了這一先進的封裝技術。

而三星則主要布局在面板級扇出型封裝（FOPLP），三星在FOPLP投資已超過4億美元。三星的FOPLP是與臺積電InFO-WLP所對標的，都是用于手機芯片的封裝技術。另一方面，三星電子為擴大半導體封裝技術陣容，不僅開發FOPLP，也開發FOWLP技術。還在2019年上半年收購子公司三星電機的半導體封裝PLP事業，不斷加強封裝的實力。

2019年10月，三星宣布，已開發出業界首個12層3D-TSV（硅穿孔）技術。三星的這項新創新被認為是大規模生產高性能芯片所面臨的的最具挑戰性的封裝技術之一，因為它需要極高的精度才能通過擁有60，000多個TSV孔的三維配置垂直互連12個DRAM芯片。其封裝的厚度（720?）與當前的8層高帶寬存儲器（HBM2）產品相同，這在元器件設計上是一項重大進步。這將幫助客戶發布具有更高性能容量的下一代大容量產品，而無需更改其系統配置設計。

三星的3D-TSV（硅穿孔）技術

除了臺積電和三星，英特爾也發布了3D封裝技術Foveros，首次在邏輯芯片中實現3D堆疊，對不同種類芯片進行異構集成。而大陸的晶圓廠在先進封裝技術上似乎比較低調，據了解，國內的晶圓廠方面，武漢新芯是在為圖像傳感器和高性能應用提供3D IC TSV封裝。未來幾年，先進封裝將成為半導體一線龍頭廠商之間競爭的焦點。

拉開與大陸晶圓廠的工藝差距，危及封裝上的優勢

臺積電和三星等晶圓廠在先進封裝技術上的布局，助其在摩爾定律的法則中不斷延續，向5nm、3nm、2nm甚至1nm工藝上突進，這也使得我們大陸晶圓廠在工藝上的差距與他們越來越遠。就14nm而言，臺積電早于2014年已經開始量產，今年更開始量產5nm制程，占公司營收比重預計為8%，公司預計3nm制程明年試產，2022年下半年量產。相比之下，中芯國際比臺積電落后6年，而該公司早前宣布計劃今年第4季試產臺積電已經量產多時的7nm芯片。

更令人深思的是，他們這些晶圓廠殺入先進封裝領域，會不會磨平我們在封裝測試上好不容易積攢下來的優勢。封裝測試領域作為我國集成電路產業鏈中最具競爭力的環節，已成為我國半導體產業的先行推動力，正在推動半導體其他環節快速發展。

由于芯片制造領域涉及的技術難度較高，國內與國外水平相差較大，短時間內難以趕超，而產業鏈后端環節封裝測試領域技術含量相對較低。對于封裝廠商來說，只要芯片生產出來就要封裝，且相對于制造業和設計業來講，它的投資少、技術相對簡單，勞動力用得較多，適合中國國情，是一條快速發展半導體產業的成功捷徑，因而成為我國重點突破領域。

近年來國內集成電路行業蓬勃發展，封測產業也一直保持高速發展，從2004年至今，我國半導體封測行業一直保持高速發展，年復合增長率為15.8%。根據半導體協會統計，2019年我國集成電路產業規模達到7591.3億元，其中封裝測試產業市場規模達到2494.5億元。另據中國半導體行業協會封裝分會的統計，截至2019年年底，我國有一定規模的封裝測試企業共有87家，其中本土企業或內資控股企業有29家，年生產能力1464億塊。

在全球封測市場中，中國臺灣，中國大陸和美國占據主要市場份額，其2019年市占率具體分別如下：

根據ChipInsights數據，2019年中國內資封裝測試代工排名前十廠商為：長電科技、通富微電、華天科技、頎中科技、華潤封測事業部、能甬矽電子、蘇州晶方、池州華宇、蘇州科陽、利揚芯片。在前十大封測企業中有長電科技、華天科技和通富微電三個企業進入先進封裝的陣列。

長電科技通過收購星科金朋，在5G通信類、高性能計算、消費類、汽車和工業等重要領域擁有行業領先的半導體高端封裝技術（如SiP、WL-CSP、FC、eWLB、PiP、PoP及開發中的2.5D/3D封裝等）以及混合信號/射頻集成電路測試和資源優勢，并實現規模量產，能夠為市場和客戶提供量身定制的技術解決方案。

在5G移動終端領域，長電科技的高密度系統級封裝SiP技術，配合多個國際高端客戶完成多項5G射頻模組的開發和量產，已應用于多款高端5G移動終端。并且在移動終端的主要元件上，基本實現了所需封裝類型的全覆蓋。公司的手機端高密度AiP方案已驗證通過并進入量產階段；此外公司還擁有可應用于高性能高像素攝像模組的CIS工藝產線。

在晶圓級封裝上，長電科技有用于晶圓級制造的創新方法稱為FlexLineTM方法，可為客戶提供不受晶圓直徑限制的自由，同時簡化了供應鏈，并顯著降低了常規制造流程無法實現的成本降低。長電科技可為eWLB（嵌入式晶片級球柵陣列）、eWLCSP（封裝的晶片級芯片規模封裝）、WLCSP（晶片級芯片規模封裝）、IPD（集成的無源器件）、ECP（封裝的芯片封裝）、RFID（射頻識別）等提供晶圓級封裝。此外，長電科技成功于2020年4月通過全球行業領先客戶的認證，實現雙面封裝SiP產品的量產。

據長電科技2020年上半年財報中顯示，長電科技表示2020年下半年將繼續深化總部功能整合，加大先進封裝工藝及產品的研發投入，積極搭建設計服務新業務平臺，不斷強化長電科技核心競爭力并在工廠端落實。

天水華天這些年也在不斷加強先進封裝技術和產品的研發力度，通過實施國家科技重大專項02專項等科技創新項目以及新產品、新技術、新工藝的不斷研究開發，公司自主研發出FC、Bumping、MEMS、MCM（MCP）、WLP、SiP、TSV、Fan-Out等多項集成電路先進封裝技術和產品。華天科技2020年上半年在先進封裝方面的研發費用達2億元，同比增長15.41%，占營業收入比例為5.4%。

2020年上半年，通富微電在2D、2.5D封裝技術研發上取得突破，如超大尺寸FCBGA已進入小批量驗證；Si Bridge封裝技術研發拓展，并布局了多個具有獨立產權的專利族；Low-power DDR、DDP封裝技術研發取得突破；還進行了Fanout封裝技術的多種工藝研發，具體應用在CIS、壓力傳感器、光電心率傳感器中，計劃2020年底前完成部分模塊的打樣；還搭建了國際領先的SiP封裝技術設計仿真平臺及專業技術團隊，具備SiP系統級封裝設計及復雜封裝設計的評估能力。

結語

整體來看，大陸與國際大廠在先進封裝技術上還是有一定的差距。供應鏈的延伸正在導致封測產業的競爭加劇，晶圓跨界封裝越來越成為趨勢。大陸晶圓廠本身在晶圓工藝上就有所差距，而隨著三星和臺積電等晶圓大廠逐漸向先進封裝邁進，或許將成為大陸晶圓廠新的“鴻溝”。
責任編輯:tzh