封裝市場，常被忽視的一環！

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半導體行業觀察

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2年前

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半導體工程一直存在三大支柱：光刻、晶體管設計和材料，現在，封裝已成爲第四大支柱。大多數半導體器件都封裝在陶瓷、金屬或塑料中，以防止損壞芯片及其脆弱的連接线。盡管有這個重要的功能，但封裝是半導體設計中最被忽視的方面之一。但隨着摩爾定律逐漸走到極限，封裝現在已成爲代工廠、OSAT、以及芯片設計廠商都競相關注的一環，其在宏觀層面影響功耗、性能和成本，在微觀層面影響所有芯片的基本功能。

半導體封裝發展簡史

自1965年第一個半導體封裝發明以來，半導體封裝技術飛速發展，現在已演化出數千種不同的半導體封裝類型。半導體封裝的作用常規來說，主要有三個，一是防止損壞芯片和連接线；二是實現了硅芯片和PCB之間的電氣連接；三是散熱。而驅動半導體封裝不斷演進的驅動力主要有兩個，一個是解決高引腳數，再一個是滿足小尺寸要求。

半導體封裝歷史（圖源：anysilicon）

接下來，讓我們詳細來看下半導體封裝的發展歷史。1965年，Fairchild 的三位工程師：Don Forbes、Rex Rice和Bryant Rogers發明了一種帶有兩排引腳的14引腳陶瓷雙列直插式封裝 (DIP)，這是第一個真正的半導體封裝。DIP封裝於70年代初开始批量生產。英特爾的8008是最早的微處理器之一，也是標志性的DIP封裝類半導體。

英特爾的原始微處理器，8008 系列

到80年代，芯片开始變大，集成了更多的功能，引入了具有100萬個門的芯片。芯片上數據的輸入和輸出 (IO) 是計算的命脈。爲了解決不斷增加的IO數量，半導體封裝引入PGA (Pin Grid Array) 和BGA (Ball Grid Array) 封裝。下圖是球柵陣列的樣子，它可以從下方直接將一塊硅安裝到 PCB 或基板上，而不是像以前的表面貼裝技術那樣只在所有4個端部的角上貼上膠帶。BGA封裝的好處是佔用更少的空間和更多的連接作用。

球柵陣列（BGA）的樣子

而到90年代，筆記本電腦和手機等移動設備的興起，使得半導體封裝逐漸开始朝着小型化發展，於是又引入了CSP（芯片級封裝）來解決高引腳數和小尺寸要求。CSP封裝本質上是具有較小球間距的小尺寸 BGA。

後來進入到2010年，逐漸來到先進封裝時代，出現了越來越多的封裝類型，發展爲SiP、POP、WLP，以及2.5D和3D封裝等。現在5G、可穿戴等應用的興起，以及電子設備小尺寸化的需求愈發旺盛，行業預測SiP等先進封裝正在逐漸成爲產業界的主流。

在2.5D和3D封裝這方面，台積電、三星和英特爾是走在前列的。台積電的CoWoS是2.5D集成的代表，SoIC是3D封裝的代表。三星近年來也成爲多家芯片設計廠商的代工合作夥伴，X-Cube是其3D封裝方案，近日，三星正式發布了新一代2.5D封裝技術“I-Cube4”。最後但同樣重要的是英特爾的 Foveros 3D 封裝，英特爾明確表明封裝是其未來的重點，英特爾CEO Pat Gelsinger指出，芯片封裝以及尖端的生產方法將有助於芯片行業保持甚至超越摩爾定律在未來十年的發展速度。

越來越重要的封裝

封裝屬於半導體供應鏈的後端，其關鍵衡量指標往往是價格和耐用性。過去沒有一家封裝公司被認爲像傳統的前端制造（即晶圓制造和晶圓分類）工藝那樣重要。因爲相對來說，後端操作所需的時間和支出要少得多，封裝的產能擴充比較快，大家並沒有意識到其出現會卡供應鏈的情況。

但現在，隨着摩爾定律走到極限，芯片設計公司越來越多，對芯片的種類和性能要求愈發加大，封裝現在在各個層面都必不可少，而且隨着復雜性和盈利能力的提高，封裝成爲包括芯片設計廠商、IDM、代工廠、OSAT都關心的一個重要環節。

台積電在先進封裝上的布局已有多年，而且對封裝上的投入，也讓其在早期嘗到了甜頭，憑借全新封裝技術InFO，台積電拿下了蘋果處理器訂單。台積電目前在竹科、南科、中科及龍潭有先進封測廠區，主要提供晶圓凸塊、先進測試與3D封裝等業務，還有正在興建的第5座竹南廠，預計2022年下半年量產。近日，據中時新聞網的報道，台積電或再建先進封裝工廠，目前傳出可能在雲嘉地區選址，其中嘉義最有機會勝出。

三星這幾年一直跟台積電你追我趕，在先進封裝領域更是如此。2021年11月，三星與安靠共同开發了新2.5D封裝解決方案H-Cube（Hybrid Substrate Cube，混合基板封裝），專用於需要高性能和大面積封裝技術的高性能計算（HPC）、人工智能（AI）、數據中心和網絡產品等領域。2021年12月，三星批准花費8.5億美元（1.1萬億韓元）用於在越南生產倒裝芯片球柵陣列（FC-BGA）的設備和基礎設施。

英特爾將封裝看做是產品革新的催化劑，作爲處理器和主板之間的物理接口，芯片的封裝對產品級性能有着至關重要的作用。英特爾的“Lakefield”處理器就是將混合型CPU與他們的Foveros 3D封裝技術結合在一起。2021年12月16日英特爾宣布，今後十年間將在馬來西亞投資300億林吉特（約合453.5億元人民幣），新建最先進的封裝制造設備。

內存廠商SK海力士也在通過增強傳統封裝、TSV和FO-WLP領域的封裝競爭力來提高內存解決方案的價值。SK海力士一名PL曾表示，“封裝技術對於高性能設備的正常運行非常重要。例如，要同時發送和接收大量數據，就需要形成無數條與外部相連的電通路，而起到這個作用的就是封裝過程。封裝技術將多個芯片堆疊，實現比傳統芯片4倍、16倍甚至更多的容量，或將多種類型的芯片組合成一個系統。換句話說，依賴封裝技術，產品的附加值可以大大增加。現在，如果沒有封裝技術的進步，單靠芯片技術無法佔據未來的市場主導地位。”

國內在先進封裝上的進擊

自80年代中期，封裝已經成爲我國半導體供應鏈中的關鍵環節。而現在先進封裝已經成爲中國半導體行業的技術重點。國內的長電科技、通富微電以及天水華天都已經在先進封裝上進行了布局，不止是傳統的封裝廠，更有一些芯片廠商和新崛起的封裝新勢力正在向先進封裝邁進。

深圳同興達子公司昆山同興達，於2021年10月15日，與昆山日月光籤訂協議合作“芯片先進封測（Gold Bump）全流程封裝測試項目”。先進封裝技術在顯示驅動IC及CIS芯片中有着重要作用。中國大陸Gold Bump封測產能較少，尤其直接面對顯示驅動IC及CIS芯片的Gold Bump封測產能更是稀缺。

SiP封裝也是國內很多企業在發力的一大方向。根據Yole預測，2025年先進封裝的佔比將提升至整體封測行業的49.4%，其中SiP封裝被市場看好，在2020年到2026年年間，基於覆晶(FC)和打线接合(WB)的SiP市場將以5%的CAGR成長至170 億美元的規模。同期，嵌入式芯片(Embedded Die，ED) SiP市場則將以25%的CAGR 增加到1.89億美元；扇出型(FO) SiP市場價值預計以6%的CAGR20-26成長至16億美元。

2021年12月15日，華宇電子集成電路先進封裝測試產業基地項目三期开工，據其官微介紹，三期項目總投資10億元，總建築面積4.50萬平方米，封裝技術向SiP系統級3D封裝技術及LGA、BGA先進封裝技術升級，預計2022年實現投產。

再就是正在SiP快封領域探索的摩爾精英，據了解，摩爾精英無錫SiP封測中心，一期總投資5億元，建築面積1.5萬平。該廠的年規劃產能超過1億顆，產品包括：FCBGA工程批、SiP設計和工程批、SiP量產和測試。據悉，2022年無錫SiP封測中心可生產FC+WB技術的復雜SiP產品，同時也可生產FC及WB標准產品。到2023年可生產FC+WB+SMT的產品。2024年，無錫SiP封測中心的目標是开發AiP技術，以及進行電磁隔離技術的SiP設計和生產。

華爲也看好封裝這一環節。2021年12月28日，華爲還注冊6億元成立華爲精密制造有限公司，發力封裝環節。有華爲內部人士表示，“我們不生產芯片，主要業務是華爲無线、數字能源等產品的部分核心器件、模組、部件的精密制造，包括組裝與封測。經營範圍中提及的‘半導體分立器件’主要是分立器件的封裝、測試。”

圖源：企查查

國內還有很多新的封裝項目正如雨後春筍般崛起，例如在2022年1月12日，寧夏儲芯集成電路產業研發項目正式投產，2條微組裝生產线和1條多芯片封裝线也正式投產運行。據悉，該項目總投資4億元人民幣，佔地面積50畝，目前投資2億元實施一期工程。一期工程將建設3條表面貼裝(SMT)生產线和1條集成電路封裝生產线，主要生產無线熱點過濾模塊、射頻前端模塊、集成射頻开關和濾波器以及4K超短距LED投影儀，產品主要應用於智能手機、平板電腦和車載存儲。

結語

毫無疑問，現在封裝作爲產業鏈的重要一環，已經成爲各大廠商發力的重點。摩爾定律的放緩正在推動根本性的變化。我們正處於先進封裝推動的半導體設計復興之中。

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