先进封装超越摩尔定律，晶圆厂和封测厂齐发力
思瀚产业研究院    2024-09-20

后摩尔时代，先进封装获重视

一方面，当前先进芯片发展面临“存储墙”“面积墙”“功耗墙”和“功能墙”，仅依靠先进制程无法解决，先进封装成为重要助力。另一方，随着工艺制程进入10nm以下，芯片设计成本快速提高。根据IBS的数据，16nm工艺的芯片设计成本为1.06亿美元，5nm增至5.42亿美元。同时，由于先进制程越来越接近物理极限，摩尔定律明显放缓，侧重封装技术的More than Moore路径越来越被重视。

“存储墙”：处理器算力超过存储芯片存取能力，导致 图：当前先进芯片发展面临“存储墙”“面积墙”“功耗墙”和“功能墙”综合算力被存储器制约。2000-2020年间处理器的峰值算力每两年增长3.1倍，而动态存储器的带宽每两年增长1.4倍，存储器的发展速度远落后于处理器，相差1.7倍。基于先进封装的近存计算是解决途径之一。

“面积墙”：芯片制程相同时，通过增大芯片面积可以集成更多的晶体管数量，从而提升芯片的性能。但单颗芯片尺寸受限于光刻机的光罩极限，且芯片制造良率随尺寸增大而降低，从而增加成本。当前先进的EUV光刻机的最大光罩面积为26 mm×33 mm。通过先进封装技术集成多颗芯片是解决“面积墙”的低成本主流方案。

“功耗墙”：近年来单个GPU和CPU的热设计功耗（TDP）逐年增大，由多个GPU芯片和HBM阵列组成的系统，其TDP可能突破万瓦级，热设计者将面临极大的挑战。

“功能墙”：单一衬底可实现的功能有限，可通过多芯片异质集成技术，将传感、存储、计算、通信等不同功能的元器件集成在一起。

根据Yole的预测，2023年全球先进封装营收为378亿美元，2029年增长到695亿美元，2023-2029年的CAGR达10.7%。其中2.5D/3D封装增速最快；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达37%；先进封装领域资本开支将从2023年的99亿美元提高至2024年的115亿美元。

先进封装技术多样，目的是提高集成度和性能并降低成本

先进封装技术包括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。相比传统封装技术，先进封装由有线变为无线，从芯片级封装拓展至晶圆级封装，从单芯片封装拓展至多芯片封装，从2D封装拓展至2.5D/3D封装，从而缩小封装体积、增加I/O数、提高集成度和性能，并降低成本。

Chiplet（芯粒/小芯片）是后摩尔时代的重要路径，相比SoC，具有更高的灵活性、可扩展性和模块化，根据martket.us的预测，全球Chiplet市场规模将由2023年的31亿美元增长至2033年的1070亿美元，CAGR约42.5%。

晶圆厂和封测厂均积极布局先进封装，相互之间既有竞争也有合作

晶圆厂依靠前道工艺优势入局先进封装。先进封装，尤其是高端封装的实现越来越依赖前道技术，台积电、英特尔和三星等晶圆厂优势突出，凭借先进封装需求走高，2023年台积电、英特尔、三星的封装收入分别位列全球第三到第五。

台积电：2008年成立集成互连与封装技术整合部门，专门研究先进封装技术，重心发展扇出型封装InFO、2.5D封装CoWoS和3D封装SoIC。英伟达H100、A100、B100均采用CoWoS封装，在AI强劲需求背景下，台积电CoWoS产能持续紧张，除持续扩产外，台积电也积极与OSAT厂商合作。台积电表示未来只会专注最前沿的后道技术。

三星：提供2.5D封装I-Cube、3D封装X-Cube等，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AVP业务团队重组为AVP开发团队，以加强2.5D、3D等先进封装技术。

英特尔：提供2.5D封装EMIB、3D封装Foveros等。

OSAT厂商发力先进封装以获取价值增量。相比传统封装，先进封装不仅需求增速更高，在产业链中的价值占比也更高，传统OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Testing，委外半导体封测）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，均在大力发展先进封装技术，2023年前六大OSAT厂商约41%资本开支投向了先进封装。

全球第三大OSAT厂商，拥有六大生产基地。长电科技成立于1972年，2015年成功收购星科金朋，目前是全球第三大OSAT厂商，在中国、韩国和新加坡设有六大生产基地和两大研发中心，在20多个国家和地区设有业务机构，可与全球客户进行紧密的技术合作并提供高效的产业链支持，产品、服务和技术涵盖了主流集成电路系统应用，包括网络通讯、移动终端、高性能计算、车载电子、大数据存储、人工智能与物联网、工业智造等领域。

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