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    • 三星电子正开发“3.3D先进封装技术”,目标2026年第二季度量产
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更多新型先进封装技术正在崛起!

07/10 17:50
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3.3D先进封装、玻璃基板、小芯片Chiplet、3D堆叠SoIC...新一代先进封装技术奔涌而来,三星电子、英特尔、台积电、日月光等企业加码投资扩产,谁将站在下一代先进封装发展浪头引领行业发展?

三星电子正开发“3.3D先进封装技术”,目标2026年第二季度量产

近日,据韩媒报道,三星电子正在开发面向AI半导体芯片的新型3.3D先进封装技术,并计划于2026年二季度实现量产。据悉,这项封装技术整合了三星电子多项先进异构集成技术。

在概念图中,GPU(AI计算芯片)与LCC缓存通过垂直堆叠的方式形成一个整体,与HBM内存进行互联。在两者之间使用硅桥芯片来直接连接裸晶,而在铜RDL重布线层上引入了透明介质来代替价格更高的硅中介层。这种设计能够在不牺牲芯片性能的前提下降低22%的生产成本。

此外,三星电子还计划在其3.3D封装技术中引入面板级(PLP)封装。大型方形载板将取代面积有限的圆形晶圆,从而进一步提高封装生产效率。目前,由台积电主导的先进封装代工市场主要由无晶圆厂设计企业占据份额,因此三星电子希望通过推出新一代3.3D封装技术,在价格和生产效率上具有显著优势,以争取更多无晶圆厂设计企业的订单。

与此同时,近日,三星电子对先进封装(AVP)团队和设备技术实验所进行重组,以提升整体技术竞争力。同时进行改组的还有三星电子负责半导体业务的设备解决方案(DS)部门。据悉,该部门新设HBM研发组。三星电子副社长、高性能DRAM设计专家孙永洙(音译)担任该研发组组长,带领团队集中研发HBM3、HBM3E和新一代HBM4技术。

TrendForce集邦咨询指出,自台积电于2016年开发命名为整合扇出型封裝(InFO)的扇出型晶圆级封裝(FOWLP)技术,并应用于iPhone7 手机所使用的A10处理器后,专业封测代工厂(OSAT)业者竞相发展FOWLP及扇出型面板级封裝(Fan-out Panel Level Package, FOPLP)技术,以提供单位成本更低的封装解决方案。

自第二季起,超威半导体(AMD)等芯片业者积极接洽台积电及OSAT业者以FOPLP技术进行芯片封装,带动业界对FOPLP技术的关注。根据全球市场研究机构TrendForce集邦咨询调查,在FOPLP封装技术导入上,三种主要模式包括「OSAT业者将消费性IC封装方式自传统封装转换至FOPLP」;「专业晶圆代工厂(foundry)、OSAT业者封装AI GPU,将2.5D封装模式自晶圆级(wafer level)转换至面板级(panel level)」;「面板业者封装消费性IC」等三大方向。

从FOPLP技术对封测产业发展的影响面来看,第一,OSAT业者可提供低成本的封装解决方案,提升在既有消费性IC的市占,甚至跨入多芯片封装、异质整合的业务;第二,面板业者跨入半导体封装业务;第三,foundry及OSAT业者可压低2.5D封装模式的成本结构,甚至借此进一步将2.5D封装服务自既有的AI GPU市场推广至消费性IC市场;第四,GPU业者可扩大AI GPU的封装尺寸。

TrendForce集邦咨询认为,FOPLP技术的优势及劣势、发展机会及挑战并存。主要优势为低单位成本及大封装尺寸,只是技术及设备体系尚待发展,技术商业化的进程存在高度不确定性,预估目前FOPLP封装技术发展在消费性IC及AI GPU应用的量产时间点,可能分别落于2024年下半年至2026年,以及2027-2028年。

玻璃基板量产元年在即,多家大厂加速布局

近日,英特尔、AMD、三星、LGInnotek、SKC美国子公司Absolics等均将目光高度聚焦到应用于先进封装的玻璃基板技术中。玻璃基板技术因其优异的性能,已成为先进封装领域冉冉升起的新星。

基板即安装硅IC芯片的材料,主要起承载保护芯片与连接上层芯片和下层电路板的作用,它们为芯片提供了结构稳定性(硅芯片非常脆弱),也是传输信号的手段。自上世纪70年代以来,芯片基板设计发生了多次演变,金属框架在90年代被陶瓷所取代,然后在世纪之交陶瓷又被有机封装所取代。而当前的处理器广泛使用主要是有机基板。

英特尔认为,有机基板也将在未来几年达到其能力的极限,因为公司(行业其他公司亦是)将生产面向数据中心的系统级封装(SiP),具有数十个小瓦片(tile),功耗可能高达数千瓦。此类SiP需要小芯片(chiplet)之间非常密集的互连,同时确保整个封装在生产过程中或使用过程中不会因热量而弯曲。

由此,玻璃基板应用而生。在去年9月,英特尔在官网公布了号称是“下一代先进封装的玻璃基板技术”,称或将颠覆整个芯片封装领域。玻璃基板是指用玻璃取代有机封装中的有机材料,并不意味着用玻璃取代整个基板。因此,英特尔不会将芯片安装在纯玻璃上,而是基板核心的材料将由玻璃制成。

与有机基板相比,玻璃基板玻璃具有独特的特性,例如超低平整度和更好的热稳定性和机械稳定性,可将互连密度提高10倍。据英特尔所言,玻璃基板能使单个封装中的芯片面积增加五成,从而塞进更多的Chiplet;且玻璃平整度、能将光学邻近效应(OPE)减少50%,提高光刻聚焦深度

英特尔称,玻璃基板可能为未来十年内在单个封装上实现惊人的1万亿个晶体管奠定基础。基于对其的良好预期,近期行业内传来最新消息,英特尔计划最快2026年量产玻璃基板。在玻璃基板技术上,英特尔已投入了约十年时间,目前其在美国亚利桑那州拥有一条完全集成的玻璃研发线。该公司表示,这条生产线的成本超过10亿美元,为了使其正常运行,需要与设备和材料合作伙伴合作,建立一个完整的生态系统。且行业内目前仅有少数公司能够负担得起此类投资,而英特尔似乎是迄今为止唯一一家开发出玻璃基板的公司。

除了英特尔,SKC美国子公司Absolics、AMD、三星等也看到了玻璃基板广阔的发展前景。

2022年,SKC美国子公司Absolics在美国佐治亚州科文顿市斥资约3000亿韩元(约合2.22亿美元)建立了第一家专门生产玻璃基板的工厂。近日,该公司宣布工厂竣工并开始批量生产原型产品。业界分析,这标志着全球玻璃基板市场进入关键时刻。

三星则已组建由三星电机、三星电子和三星显示器部门组成的联盟,研发玻璃基板,目标在2026年开始大规模量产,意图比英特尔更快地实现商业化。据报道,三星电机计划在今年9月前在试验生产线上安装所有必要的设备,并于第四季度开始运营。外媒消息显示,三星电机供应商的选择已经完成,Philoptics、Chemtronics、JoongwooM-Tech和德国LPKF等公司负责为该装置提供零部件。报道称,该装置旨在简化生产并遵守三星严格的安全和自动化标准。

AMD则计划于2025~2026年推出玻璃基板,并与全球元件公司合作,保持领先地位。据韩媒报道,AMD正对全球多家主要半导体基板企业的玻璃基板样品进行性能评估测试,计划将这一先进基板技术导入半导体制造。此次参与评估测试的上游企业包括新光电气、欣兴电子、三星电机和AT&S(奥特斯)。此前,AMD一直同韩国SKC旗下的Absolix进行玻璃基板领域的合作。此次测试多家企业样品被视为AMD正式确认引入该技术并准备建立成熟量产体系的标志。

相关从业者指出,玻璃虽能克服翘曲、电气性能也较好,然而缺点包括易碎、难加工等。业界认为,在实际交付之前实现量产良率还需要一段时间。公司的前期投资成本也很高。即使公司在技术开发上投入巨资,如果业务无法盈利,它也会成为沉没成本。

Hl Investment&Securities投资银行公司的研究员KoEui-young表示:“玻璃基板需要重组供应链,因为需要更换设备,并且需要进一步验证与玻璃材料相关的可靠性。”“量产的标准化工作是必须要做的,但量产时的良率是不确定的。”但从长远来看,行业共识是应该发展玻璃基板。

目前,包括SCHMID等新公司的出现以及激光设备供应商、显示器制造商、化学品供应商等的参与,行业内围绕玻璃芯基板逐渐生成了一些新兴供应链,形成了多样化生态系统。行业各方正在建立合作和伙伴关系,以应对与玻璃基板制造相关的技术和物流挑战,这表明各方正共同努力,充分发挥其潜力。

AI人工智能在当代的蓬勃发展,使得玻璃基板经过此前近十年的孕育中破土而出,它遇到了最适合它的时代。在英特尔看来,玻璃基板将首先被引入到能够最大程度利用其的市场:需要更大外形封装(即数据中心、人工智能、图形)和更高速度能力的应用程序和工作负载

日月光针对先进封装扩产,多项先进封装新技术值得期待

近日,日月光投控召开股东大会,首席运营官(COO)吴田玉表示,到2025年AI先进封装需求持续强劲,今年AI相关CoWoS先进封装营收,会比原先预期增加2.5亿美元以上,包括CoWoS等先进封装测试营收占比可提高,加速营收复苏。

去年,日月光通过子公司ISELabs,斥资2400万美元在美国加州圣何塞建设测试产线,吴田玉预计7月12日将有该厂投产的剪彩仪式。针对未来布局,目前该公司已敲定在加州弗里蒙特建造第二家芯片测试工厂的计划,并也将于7月12日正式公布该项目以及投资规模。该公司还在墨西哥托纳拉购买了土地,用于建造芯片封装和测试工厂。后续也将依据需求扩充产能,均不排除在日本、美国、墨西哥扩增先进封装产能。

先进封装技术的日益发展与完善是日月光投控的重中之重。今年3月下旬,日月光宣布,推出小芯片(Chiplet)新互联技术,以应对人工智能发展带来的多样化小芯片整合设计和先进封装。该技术通过微凸块(microbump)技术使用新型金属叠层,可将芯片与晶圆互联间距大幅缩小。日月光表示,提升小芯片级互联技术可开拓应用领域,除了AI芯片之外,也可扩展至手机应用处理器MCU微控制器等关键芯片。

据悉,Chiplet是异构的一个基本方面。行业人士表示,小芯片方法代表了一种新兴的半导体设计理念,它将两个或多个分立芯片组合在分解的 SiP 设计中。与可能的单片替代方案相比,小芯片提供了更大的设计灵活性、更快的上市时间、更高的良率和经济效益。小芯片的功能涵盖典型处理器 SoC 中的基本知识产权 (IP) 块,包括中央处理单元 (CPU)、图形处理单元 (GPU)、神经处理单元 (NPU)、I/O 和内存控制器以及接口、高速缓存存储器和模拟功能(SerDes、PLL、DAC、ADC、PHY 等)。

目前Chiplet已成为算力芯片的主流方案,AMD、Intel等半导体巨头共同成立了UCIe产业联盟,Nvdia A100/H100、AMD MI300等主流产品均采用了Chiplet方案,国内算力芯片厂商亦在快速跟进。

此外,日月光控股表示,公司将持续投资新技术,2023年就一共开发七大技术,包括以覆晶封装进行高频宽记忆体第三代堆迭技术、智慧打线瑕疵检测技术、扇出型封装内埋桥接芯片与被动元件、3D电压调节模组先进封装技术、以内埋式深铜堆声产品开发面板级封装,高整合度SiP封装通讯模组方案以及光学模组封装技术开发等。

台积电全面扩张CoWoS产能,SoIC先进封装同受青睐

台积电方面,本月初中国台媒消息显示,台积电正全面扩张CoWoS产能,已在中国台湾地区云林县虎尾园区觅得一处先进封装厂建设用地。对于此消息,台积电没有回应。

据台积电预计,AI加速发展带动先进封装CoWos需求快速增长,目前其CoWos产能供应紧张,2024-2025年将扩产。业内人士分析,台积电2024年月CoWoS产量将翻倍成长至4万片,2025年升至5.5万~6万片,2026年进一步达到7万~8万片。

为了实现产能增长目标,台积电在CoWoS产线、设备等方面积极投资。在新CoWoS厂上,台积电南科嘉义园区P1晶圆厂已于今年4月动工,但近期因发掘出疑似遗址停工,台积电转而启动同地P2晶圆厂建设;台积电此前还有在苗栗县铜锣乡建设CoWoS工厂的计划,但遭遇了水土问题。而在设备方面,台积电已于去年4月、6月、10月以及今年的2月下达了四波CoWoS工艺设备订单,目前仍持续追单。这也很大程度的拉动着半导体设备行业的业绩。

台积电正在积极提高CoWoS封装产能的同时,也在积极推动下一代SoIC封装方案落地投产。近日据行业媒体消息,在AMD之后,苹果公司在SoIC封装方案上已经扩大和台积电的合作,预估在2025年使用该技术。

台积电目前已经整合封装工艺构建3D Fabric系统,其中分为3个部分:3D堆叠技术的SoIC系列、先进封装CoWoS系列以及InFo系列。其中,SoIC处于前段封装,于2018年4月公开,是台积电基于CoWoS与多晶圆堆叠(WoW)封装技术开发出的新一代创新封装技术,这标志着台积电已具备直接为客户生产3D IC的能力。该技术于2022年就已经开始小量投产,而且台积电计划2026年产能扩大20倍以上。

据悉,AMD是台积电SoIC的首发客户,旗下的MI300加速卡就使用了SoIC+CoWoS封装解决方案,可将不同尺寸、功能、节点的晶粒进行异质整合,目前在位于竹南的第五座封测厂AP6生产。此外,苹果对SoIC封装也非常感兴趣,将采取SoIC搭配Hybridmolding(热塑碳纤板复合成型技术),目前正小量试产,预计2025~2026年量产,计划应用在Mac上。

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