CoWoS,勁敵來了
知名分析師陸行之表示,棋盤中央如果說先進(jìn)制程是硅時代的權(quán)力中樞,那么先進(jìn)封裝,正在成為下一個技術(shù)帝國的邊疆要塞。
本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/202506/471211.htm最近,業(yè)內(nèi)關(guān)于先進(jìn)封裝的消息頻頻,其中又以 FOPLP 最為突出。
馬斯克宣布要跨界入局先進(jìn)封裝,瞄準(zhǔn)了 FOPLP。旗下 SpaceX 涉足將半導(dǎo)體封裝,擬于美國得克薩斯州建設(shè)自有 FOPLP 產(chǎn)能。據(jù)悉 SpaceX 的 FOPLP 封裝基板尺寸為業(yè)界最大的 700mm×700mm。日月光投入 2 億美元采購設(shè)備,在高雄廠建立產(chǎn)線,計劃今年年底試產(chǎn) FOPLP。
CoWoS 的勁敵
先進(jìn)封裝意味著把不同種類的芯片,包括邏輯芯片、存儲、射頻芯片等,通過封裝及堆疊技術(shù)整合在一起,以提升芯片性能、縮小尺寸、減少功耗。
現(xiàn)在階段的先進(jìn)封裝大概可以分為三種:
倒裝芯片(Flip chip)。將芯片倒置(有源面朝下)放置在基板上,并通過芯片上的凸點(Bumps)與基板實現(xiàn)電氣連接的封裝技術(shù)。倒裝芯片可以算得上半個先進(jìn)封裝,一只腳踩在先進(jìn)封裝的門里,一只在門外,算是傳統(tǒng)封裝與先進(jìn)封裝的過渡產(chǎn)物。
2.5D/3D IC 封裝。在中介層上垂直堆疊各類芯片,由此縮小接點間距,減少所需空間及功耗,臺積電的 CoWoS 便是屬于此類。
扇出型封裝。相對于扇入型封裝(Fan-In Packaging)來說,扇出型 WLP 中,RDL 可以向外延伸布線,從而提升 I/O 接點的數(shù)量及密度。
因為人工智能的火熱,臺積電的 CoWoS 一夜爆紅。
當(dāng)前依賴臺積電 CoWoS 封裝的芯片包括英偉達(dá) A100、A800、H100、H800、GH200 等。
火熱的同時,也讓臺積電的 CoWoS 封裝產(chǎn)能吃緊。目前臺積電的 CoWoS 封裝產(chǎn)能大概在每月 3.5 萬片晶圓,約占總收入的 7% 到 9%。預(yù)計到 2025 年末,月產(chǎn)能將提升至每月 7 萬片晶圓,貢獻(xiàn)超過 10% 的收入。到了 2026 年末,月產(chǎn)能將進(jìn)一步擴(kuò)大,提高至超過每月 9 萬片晶圓。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)字,從 2022 年至 2026 年,臺積電 CoWoS 封裝產(chǎn)能大概以 50% 的復(fù)合年增長率(CAGR)增長。
此前,臺積電 CEO 魏哲家表示,會在今年持續(xù)增加 CoWoS 產(chǎn)能,以滿足客戶需求。預(yù)計 2025 年,CoWoS 的全年營收貢獻(xiàn)將從 2024 年的 8% 成長至 10%。
即使如此,臺積電的 CoWoS 產(chǎn)能仍然無法滿足 AI 市場的全部需求。除了擴(kuò)充 CoWoS 外,半導(dǎo)體廠商也在尋找新的路線。
FOPLP 正是能夠接棒 CoWoS 的候選者。
FOPLP 可以追溯到 FOWLP(扇出型晶圓級封裝),這個技術(shù)是英飛凌在 2004 年提出的,后來在 2009 年開始量產(chǎn),但是 FOWLP 只被應(yīng)用在手機(jī)基帶芯片上,很快就達(dá)到了市場飽和。
FOWLP 是基于圓形的晶圓來進(jìn)行封裝,晶圓的形狀就像一個圓盤。由于是圓形,在邊緣部分會有一些空間難以像方形那樣充分利用,相對來說可放置芯片的面積就小一些。
基于 FOWLP,業(yè)內(nèi)延伸出了 FOPLP(面板級扇出型封裝)。兩者英文縮寫只差在 P(Panel)、W(Wafer),面板與晶圓一字之差,影響體現(xiàn)于尺寸與利用率。FOPLP 使用的載板,不是 8 寸/12 寸的晶圓,而是方形的大尺寸面板。
這就帶來了很多優(yōu)勢。第一是成本低。采用方形的大尺寸面板,那么單片產(chǎn)出的芯片數(shù)量就更多,面積利用率更高。以 600mm×600mm 尺寸的面板為例,面積為 12 寸 wafer carrier 的 5.1 倍,單片產(chǎn)出數(shù)量大幅提升。
第二是靈活性高。在 FOWLP 封裝中,光罩的尺寸小,單次曝光面積有上限,需要通過拼接的方式曝光,效率低,良率低,影響產(chǎn)能。而 FOPLP 封裝,單次曝光面積是 FOWLP 的 4 倍以上,效率高、良率高,大幅提升了產(chǎn)能。
值得一提的是,F(xiàn)OPLP 所使用的玻璃載板材料。
因為 FOPLP 載板的面積大,在生產(chǎn)和處理的過程中,容易出現(xiàn)翹曲等問題。所以,相比于傳統(tǒng)的硅材料,F(xiàn)OPLP 的載板材料主要是金屬、玻璃或其他高分子聚合物材料。
其中,玻璃在機(jī)械、物理、光學(xué)等性能上具有明顯的優(yōu)勢。當(dāng)前,玻璃基板已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點。目前布局了玻璃基板的包括臺積電、三星、英特爾等大廠。
正因為 FOPLP 擁有如此出色的表現(xiàn),未來先進(jìn)封裝中 CoWoS 不再會是一家獨(dú)大。
誰在入局?
先進(jìn)封裝的成長是非常驚人的。
Yole 去年七月報告中指出,受 HPC 和生成式 AI 領(lǐng)域的大勢推動,先進(jìn)封裝行業(yè)規(guī)模有望在六年間實現(xiàn) 12.9% 的復(fù)合年增長率(CGAR)。
具體而言,該行業(yè)的整體收入將從 2023 年的 392 億美元增至 2029 年的 811 億美元(當(dāng)前約 5897.32 億元人民幣)。
Yole 預(yù)計 FOPLP 市場在 2022 年約為 4100 萬美元,預(yù)計未來五年將呈現(xiàn) 32.5% 的顯著復(fù)合年增長率,到 2028 年增長到 2.21 億美元。
目前,三星已經(jīng)在部署用于先進(jìn)節(jié)點的 FOPLP,其用于可穿戴設(shè)備的 Exynos W920 處理器采用了 5nm EUV 技術(shù)和 FOPLP。TrendForce 報道,谷歌在 Tensor G4 芯片中采用了三星的 FOPLP,而 AMD 和 NVIDIA 等公司目前正在與臺積電和 OSAT 供應(yīng)商合作,將 FOPLP 集成到他們的下一代芯片中。
臺積電,從小基板入手。
2024 年 8 月,臺積電發(fā)布公告,計劃斥資 171.4 億元新臺幣向群創(chuàng)購買南科廠房及附屬設(shè)施。臺積電 CEO 魏哲家公開表示,臺積電正加速推進(jìn) FOPLP 工藝,目前已經(jīng)成立了專門的研發(fā)團(tuán)隊,并規(guī)劃建立小規(guī)模試產(chǎn)線,力爭在 2027 年量產(chǎn)。
臺積電在 FOPLP 初期選擇尺寸較小的 300×300 mm 面板,預(yù)計最快 2026 年完成 miniline 小規(guī)模產(chǎn)線建設(shè)。
據(jù)了解,臺積電原本傾向 515×510 mm 矩形基板,與傳統(tǒng)的 12 英寸圓形晶圓相比,這種基板的可用面積可增加三倍。此后又對 600×600 mm、300×300 mm 規(guī)格進(jìn)行了嘗試,最終敲定初期先用 300×300 mm 練兵,日后再擴(kuò)展到更大尺寸上。
日月光,布局十年。
日月光投控營運(yùn)長吳田在今年 2 月表示,決定在中國臺灣高雄廠區(qū)投入 2 億美元(約新臺幣 66 億元)設(shè)立面板級扇出型封裝(FOPLP)量產(chǎn)線,預(yù)計第二季設(shè)備進(jìn)廠,第三季開始試量產(chǎn)。
日月光十年前即投入 FOPLP 研發(fā),初期采用 300mm×300mm 規(guī)格,在試作達(dá)到不錯效果后,尺寸推進(jìn)至 600mm×600mm,并于去年開出設(shè)備采購單,相關(guān)機(jī)臺預(yù)定第二季及第三季裝機(jī),今年底試產(chǎn),若試產(chǎn)順利,預(yù)定明年送樣客戶驗證后,即可量產(chǎn)出貨。
吳田玉認(rèn)為,若 600mm×600mm 面板級扇出型封裝良率如預(yù)期順利,相信會有更多的客戶和產(chǎn)品導(dǎo)入,屆時可望成為業(yè)界主流規(guī)格。隨著客戶導(dǎo)入面板級扇出型封裝,可解決現(xiàn)有 12 寸晶圓尺寸已不敷使用的問題。
力成科技,小批量出貨。
力成是全球封測廠商中第一家建設(shè) FOPLP 產(chǎn)線的公司,于 2016 年設(shè)立,并在 2019 年正式導(dǎo)入量產(chǎn),規(guī)格為 510*515mm。
目前,力成位于新竹科學(xué)園區(qū)的全自動 FineLine FOPLP 封測產(chǎn)線,于 2024 年 6 月進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。業(yè)內(nèi)人士透露,力成科技已獲得聯(lián)發(fā)科電源管理 IC 封測訂單。
力成執(zhí)行長謝永達(dá)在此前表示,經(jīng)過持續(xù)優(yōu)化,目前 510×515 毫米的良率大幅超出預(yù)期,并獲得客戶認(rèn)可。謝永達(dá)指出,看好未來在 AI 世代中,異質(zhì)封裝將采用更多 FOPLP 解決方案,并預(yù)計 2026—2027 年將導(dǎo)入量產(chǎn)。
長電科技,技術(shù)儲備。
長電科技是中國大陸最大的半導(dǎo)體封測廠商。
此前,長電科技已明確表示,公司有扇出面板級封裝(FOPLP)技術(shù)儲備。并通過投資者互動平臺確認(rèn)其在高密度扇出型集成封裝技術(shù)可提供從設(shè)計到生產(chǎn)的全流程服務(wù),尤其在算力芯片相關(guān)的大尺寸倒裝及晶圓級扇出型封裝已經(jīng)積累多年的量產(chǎn)經(jīng)驗,并一直與不同的晶圓廠在最先進(jìn)制程的硅節(jié)點上進(jìn)行合作。
FOPLP,還未放量
按照調(diào)研機(jī)構(gòu)集邦調(diào)查所說,會采用 FOPLP 先進(jìn)封裝的產(chǎn)品,主要可分為電源管理 IC 及射頻 IC、 和 CPU 及 GPU、AI GPU 等三類。
目前 FOPLP 還沒有放量。
主要原因除了良率未達(dá)理想值以外,標(biāo)準(zhǔn)也尚未定出來。與以 200 毫米和 300 毫米標(biāo)準(zhǔn)為主的晶圓級封裝不同,不同制造商的面板尺寸差異很大,導(dǎo)致工具和設(shè)備設(shè)計不一致。通常必須為每種獨(dú)特的面板尺寸開發(fā)定制解決方案。
據(jù) Nordson Test & Inspection 計算機(jī)視覺工程經(jīng)理 John Hoffman 表示:「面板面臨的最大挑戰(zhàn)之一是尺寸缺乏標(biāo)準(zhǔn)化,這決定了系統(tǒng)設(shè)計的很大一部分。對于晶圓,我們有 200 毫米和 300 毫米的標(biāo)準(zhǔn),但面板差異很大。這種差異使系統(tǒng)設(shè)計變得復(fù)雜,特別是在處理和壓平翹曲面板時。」
并且,從當(dāng)前的企業(yè)選擇來說,無論是 510x515mm、600x600mm 為常見規(guī)格,目前都還未定。如果無法實現(xiàn)高產(chǎn)線利用率,那么 FOPLP 的規(guī)模化將成本過高。
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