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來(lái)源：半導體行業(yè)觀(guān)察 據分析機構Yole預計，2028年先進(jìn)封裝市場(chǎng)規模將達786億美元，2022-2028年的年復合增長(cháng)約10%，顯示出巨大的發(fā)展潛力。 其中，扇出型面板級封裝（FOPLP）作為先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要分支，正在頻頻進(jìn)入人們的視野。 近日，有消息傳出，AI芯片龍頭英偉達最快將于2026年導入扇出型面板級封裝，借此緩解CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能吃緊，導致AI芯片供應不足的問(wèn)題，英特爾、AMD等半導體大廠(chǎng)后續也將逐步加入扇出型面板級封裝的陣營(yíng)。 這一舉動(dòng)或將打破當下CoWoS在A(yíng)I芯片先進(jìn)封裝獨霸的局面。 AI的風(fēng)，吹到了FOPLP市場(chǎng) 扇出面板級封裝是基于重新布線(xiàn)層（RDL）工藝，將芯片重新分布在大面板上進(jìn)行互連的先進(jìn)封裝技術(shù)，能夠將多個(gè)芯片、無(wú)源元件和互連集成在一個(gè)封裝內。FOPLP與傳統封裝方法相比，提供了更大的靈活性、可擴展性和成本效益。 扇出型面板級封裝可以理解為扇出晶圓級封裝的延伸，是在多晶粒集成的需求，加上進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的考量下，所衍生而出的封裝技術(shù)。 因此，扇出型板級封裝具備顯著(zhù)的效能提升和成本降低優(yōu)勢。其高面積利用率有效減少了浪費，同時(shí)能夠在一次封裝過(guò)程中處理更多的芯片，顯著(zhù)提高了封裝效率，形成強大的規模效應，從而具有極強的成本優(yōu)勢。 據Yole的報告顯示，FOWLP（扇出型晶圓級封裝）技術(shù)的面積使用率<85%，FOPLP面積使用率>95%，這使得300mmx300mm的面板比同尺寸12英寸的晶圓可以多容納1.64倍的die，這導致生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)速率的差異。 
晶圓級封裝上出現的Partial DIE（Edge缺陷DIE）將不會(huì )在面板級封裝中出現 （圖源：艾邦半導體網(wǎng)） 同時(shí)，隨著(zhù)基板面積的增加，芯片制造成本逐漸下降。從200mm過(guò)渡到300mm大約能節省25%的成本，而從300mm過(guò)渡到板級封裝，則能節約高達66%的成本。
圖源：Yole 綜合FOPLP的各項優(yōu)勢來(lái)看，英偉達、AMD、英特爾等AI芯片大廠(chǎng)導入扇出型面板級封裝，除了希望借此緩解CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能吃緊，導致AI芯片供應不足的問(wèn)題之外。 另一方面，主流廠(chǎng)商也試圖嘗試利用FOPLP封裝技術(shù)降低成本，彌補先進(jìn)制程芯片研發(fā)和制造成本不斷上升的困難。 蘇州晶方半導體副總經(jīng)理劉宏鈞給筆者算了一筆賬，以英偉達的H100為例，它是在CoWoS-S(硅基）上封裝的7個(gè)芯片，中心是814平方毫米的H100 GPU芯片，圍繞它的是6個(gè)堆疊的HBM內存芯片。H100每季度的出貨量高達400000個(gè)且供不應求，據報道臺積電2023年初的CoWoS產(chǎn)能還不到每月10000片，而到年底可能已經(jīng)突破了20000片/月，據傳臺積電會(huì )繼續增加相關(guān)產(chǎn)能至40000片/月，以應對AI芯片大廠(chǎng)的需求。這些產(chǎn)能的80%會(huì )被英偉達和AMD消耗，后續隨著(zhù)GB200等新產(chǎn)品的熱賣(mài)，以及其他廠(chǎng)商例如博通對CoWoS的需求，臺積電的產(chǎn)能確實(shí)已經(jīng)有了被擠爆的危險，短時(shí)間內不會(huì )有任何緩和的跡象。 因此，尋找某種其他的方案來(lái)解決產(chǎn)能已經(jīng)是過(guò)去至少一年來(lái)行業(yè)的共同認知，這確實(shí)為FOPLP封裝帶來(lái)了新的機遇。 “由于其工藝尺寸原因，FOPLP技術(shù)指標弱于臺積電的CoWoS-S，但其潛在優(yōu)勢是成本和產(chǎn)能瓶頸突破的可能性。這些因素促使目前CoWoS的用戶(hù)努力尋找替代技術(shù)�！� 劉宏鈞補充道。 盡管弱于CoWoS技術(shù)，但相較于其它傳統封裝技術(shù)，FOPLP以其卓越的I/O密度和電氣性能，成為滿(mǎn)足AI計算需求的關(guān)鍵所在。 通過(guò)RDL工藝，FOPLP技術(shù)能夠實(shí)現高帶寬、高密度的D2D互連，這一特性在A(yíng)I計算中尤為關(guān)鍵，能夠有效滿(mǎn)足數據傳輸與處理的迫切需求。 不僅如此，FOPLP技術(shù)在提升芯片功能密度、縮短互聯(lián)長(cháng)度以及進(jìn)行系統重構等方面均展現出顯著(zhù)優(yōu)勢，這恰好符合AI時(shí)代對芯片性能提出的基本要求。
圖源：未來(lái)半導體 芯和半導體聯(lián)合創(chuàng )始人代文亮博士表示，從人工智能發(fā)展的需求和走勢來(lái)看，高性能計算芯片引入面板級扇出型封裝技術(shù)是大致確定的路線(xiàn)選擇。盡管該技術(shù)短期內無(wú)法替代CoWoS，但未來(lái)在封測市場(chǎng)的份額比重會(huì )逐步增加，以解決當前有機基板和硅基板接近極限，無(wú)法滿(mǎn)足高端芯片需求的瓶頸問(wèn)題。 綜合來(lái)看，AI計算的需求增長(cháng)、先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展、成本效益的考量、技術(shù)創(chuàng )新的推動(dòng)、市場(chǎng)需求的多樣化等，這些因素共同促成了FOPLP技術(shù)的異軍突起。 據Yole數據顯示，2022年FOPLP的市場(chǎng)空間大約是11.8億美元，預計到2026年將增長(cháng)到43.6億美元�？梢灶A見(jiàn)，FOPLP技術(shù)具備巨大的成長(cháng)潛力。 “嗅到” FOPLP商機 廣闊的市場(chǎng)前景下，OSAT、IDM、Foundry、基板制造商等一眾廠(chǎng)商，都已“嗅到”商機，近年來(lái)都在積極投入發(fā)展FOPLP這一先進(jìn)封裝技術(shù)，進(jìn)一步證明了市場(chǎng)對FOPLP技術(shù)的廣泛認可和高度期待。 根據麥姆斯咨詢(xún)早些時(shí)候發(fā)布的報告顯示，三星電子、力成科技、日月光、群創(chuàng )、華潤微、奕斯偉、中科智芯、Nepes和云天半導體等正在利用現有設施和工藝能力，投資面扇出型板級封裝技術(shù)，以實(shí)現規模經(jīng)濟生產(chǎn)。 以三星電子為例，2015在與臺積電競爭Apple手機處理器訂單失利后，三星電子對先進(jìn)封裝技術(shù)給予了高度關(guān)注，其成立的特別工作小組攜手三星電機成功開(kāi)發(fā)出面板等級扇出封裝技術(shù)，并與臺積電研發(fā)的InFO-WLP技術(shù)一較高下，成為第一家進(jìn)入量產(chǎn)的面板級封裝廠(chǎng)商。
圖源：三星 這一努力在2018年實(shí)現了一個(gè)新的里程碑，三星在其Galaxy智能手表上采用了最新的扇出型面板級封裝APE-PMIC，這是FOPLP的全球首次量產(chǎn)。 最初，FOPLP主要用于移動(dòng)應用。2020年開(kāi)始的5G、AI、自動(dòng)駕駛和服務(wù)器需求導致對模塊化和高速數據處理的需求急劇增長(cháng)。 因此，兼顧性能和成本驅動(dòng)優(yōu)勢的FOPLP技術(shù)可以滿(mǎn)足多芯片封裝方面的這些需求，已經(jīng)逐漸拓展到諸多應用領(lǐng)域。 劉宏鈞向筆者指出：“高端扇出封裝需求主要來(lái)自于同時(shí)需要晶體管數量和通訊帶寬的應用領(lǐng)域，例如FPGA、某些Networking管理芯片等。由于I/O密度，良率和成本的因素，這些扇出封裝一般都是以Chip-last的形式存在。除了這些高端扇出封裝外，還有一些中低端的扇出以Chip-first的形式存在，以實(shí)現更高密度的封裝集成，應用在例如Sensor、射頻芯片、電源芯片、WiFi/音頻等產(chǎn)品上�！� 值得關(guān)注的是，如汽車(chē)中約有66%的芯片可以使用FOPLP封裝技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，是汽車(chē)芯片生產(chǎn)的出色解決方案。 在此趨勢帶動(dòng)下，力成、群創(chuàng )、日月光等上述廠(chǎng)商逐漸結合自身的工藝能力投資扇出型板級封裝技術(shù)的量產(chǎn)。同時(shí)國內一些IDM、封裝廠(chǎng)也開(kāi)始提前布局FOPLP。 例如，力成科技在2018年打造了全球第一座使用扇出型面板級封裝制程的量產(chǎn)基地，正式布局高階封裝領(lǐng)域，已成功運用于聯(lián)發(fā)科PMIC和音頻收發(fā)器上。
圖源：Powertech Technology 日月光也是最早布局面板級扇出型技術(shù)的領(lǐng)導廠(chǎng)家之一。于2019 年底產(chǎn)線(xiàn)建置完成，2020 下半年量產(chǎn)，應用在RF、FEM、Power和Server領(lǐng)域。2022年日月光推出了VIPack先進(jìn)封裝平臺，提供垂直互聯(lián)集成封裝解決方案。VIPack就是以3D異質(zhì)整合為關(guān)鍵技術(shù)的先進(jìn)互連技術(shù)解決方案，建立完整的協(xié)同合作平臺。 群創(chuàng )光電首度提出一項前所未有的概念——Panel Semiconductor，以業(yè)界超大尺寸G3.5 FOPLP (620mm X 750mm) Glass Panel，開(kāi)發(fā)線(xiàn)寬介于2μm-10μm的中高階半導體封裝，為客戶(hù)提供更有競爭力的技術(shù)和利潤價(jià)值。 在頭部大廠(chǎng)的帶動(dòng)下，中國大陸扇出面板級封裝廠(chǎng)商正在乘勝追擊，已經(jīng)量產(chǎn)或具備生產(chǎn)能力。 中科四合：深圳中科四合致力于為AI、通信、汽車(chē)、工業(yè)、消費類(lèi)等多個(gè)領(lǐng)域提供高性能、高可靠性的功率芯片及模組解決方案。中科四合是國內最早將大板級扇出封裝（FOPLP）技術(shù)量產(chǎn)于功率芯片/模組的供應商之一，公司產(chǎn)品涵蓋多種二極管、MOSFET、GaN、電源模組等功率芯片/模組。中科四合在深圳龍華區和廈門(mén)海滄區均設有制造工廠(chǎng)，2017年已規模量產(chǎn)。針對功率芯片及模組產(chǎn)品定義，中科四合基于基板濕法工藝全新開(kāi)發(fā)了一套板級扇出封裝工藝和生產(chǎn)線(xiàn)，可實(shí)現低成本、高散熱、大電流、三維集成、低寄生參數的功率芯片/模組解決方案。 奕成科技：奕成科技是國內板級高密封裝技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者，主要從事板級系統封測集成電路業(yè)務(wù)，載板尺寸為510mmx 515mm，技術(shù)平臺可對應2D FO、2.xD、3D PoP、Embedded Die四大板級系統集成技術(shù)方案，在芯片偏移控制、翹曲度、RDL等核心工藝指標上已達行業(yè)領(lǐng)先水準。2023年4月，奕成科技高端板級系統封測集成電路項目點(diǎn)亮投產(chǎn)，標志著(zhù)其首座板級高密系統封測工廠(chǎng)正式進(jìn)入客戶(hù)認證及批量試產(chǎn)階段。 矽磐微電子：華潤微電子于2018年成立矽磐微電子（重慶）公司從事面板級封裝業(yè)務(wù)，面板級封裝技術(shù)有效解決了Chiplet封裝成本高昂的問(wèn)題，更適用于功率類(lèi)半導體封裝異構集成化。 矽邁微電子：合肥矽邁微電子建成了國內首條具備量產(chǎn)能力的基板扇出封裝生產(chǎn)線(xiàn)，并率先完成工藝開(kāi)發(fā)，客戶(hù)認證和試驗量產(chǎn)，量產(chǎn)產(chǎn)品包括電源管理類(lèi)，射頻類(lèi)，系統模塊等。 佛智芯微電子：廣東佛智芯微電子結合現有半導體制程工藝設備和后道載板制程工藝裝備的優(yōu)勢，打造了半加成法扇出封裝先進(jìn)的線(xiàn)路創(chuàng )成工藝（i-FOSATM），具備工藝先進(jìn) 、成本合理、供應鏈安全的特性，建設國內首條高性?xún)r(jià)比板級扇出型封裝研發(fā)線(xiàn)和示范線(xiàn)，旨在打通Chip-First、Chip-Last、3D/SiP核心工藝。同時(shí)，為增加板級封裝技術(shù)創(chuàng )新與合作，佛智芯通過(guò)建立“板級扇出封裝創(chuàng )新聯(lián)合體”，打造產(chǎn)業(yè)鏈共性平臺，聯(lián)合體成員包含亞智、華為、華進(jìn)等40多名國內外企業(yè)。 天芯互聯(lián)：天芯互聯(lián)為深南電路全資子公司，同樣擁有FOPLP平臺，為客戶(hù)提供高集成小型化的半導體器件模組封裝解決方案和半導體測試接口解決方案。 ... 此外，扇出型面板級封裝發(fā)展還需要更多廠(chǎng)商的參與和投入： 在面板級封裝光刻機領(lǐng)域，日本佳能動(dòng)作非�？�，佳能在錯失超紫外光刻機的機遇后，不會(huì )再放過(guò)任何一個(gè)機會(huì )。 在面板級封裝RDL工藝領(lǐng)域，Manz是領(lǐng)跑者之一，2016年Manz開(kāi)始進(jìn)軍半導體先進(jìn)封裝領(lǐng)域，面板尺寸目前已能做到業(yè)界最大的700mm x 700mm面板，并克服了面板翹曲問(wèn)題。 在面板級晶粒貼裝領(lǐng)域，ASMPT、華封科技、華芯智能、深科達等都有相應產(chǎn)品，基本可以滿(mǎn)足大多數封裝產(chǎn)品的需求。 另外，考慮到芯片、封裝與PCB的同步設計及同步研發(fā)越來(lái)越重要，FOPLP的發(fā)展也需要PCB廠(chǎng)、載板廠(chǎng)、面板廠(chǎng)等這些后段封裝廠(chǎng)的協(xié)同努力。一方面有助于上述企業(yè)利用既有經(jīng)驗快速切入FOPLP技術(shù)，另一方面，前后段半導體產(chǎn)業(yè)的共同投入也有助于尋找到最具競爭力的生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品競爭力的路徑。 對PCB廠(chǎng)、載板廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，發(fā)展FOPLP的優(yōu)勢是通過(guò)制程知識和設備升級、改造，逐漸向前段制程跨進(jìn)，快速跨入先進(jìn)封裝技術(shù)市場(chǎng)。 而處于半導體產(chǎn)業(yè)鏈上游的EDA，同樣也在密切關(guān)注FOPLP行業(yè)的變化與市場(chǎng)機會(huì )。代文亮博士指出，在EDA方面，芯和半導體能夠為FOPLP封裝設計提供一站式多物理場(chǎng)仿真EDA解決方案，通過(guò)完全自主知識產(chǎn)權，大規�？绯叨鹊姆抡嬉�，AI加持的自適應網(wǎng)格剖分和分布式并行計算等核心能力，幫助用戶(hù)解決信號完整性、電源完整性、電磁兼容、電熱和盈利給可靠性等方面的問(wèn)題，加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和迭代。 無(wú)論如何，隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠(chǎng)商的不斷關(guān)注和入局，有望推動(dòng)扇出型面板級封裝市場(chǎng)空間的進(jìn)一步增長(cháng)。 FOPLP封裝，仍挑戰重重 盡管FOPLP封裝技術(shù)開(kāi)始嶄露頭角，業(yè)界已有廠(chǎng)商實(shí)現了FOPLP產(chǎn)品的量產(chǎn)。 但總體來(lái)說(shuō)，目前FOPLP產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還不夠成熟，因受到良率產(chǎn)量、供應鏈不完善、面板翹曲及設備投入研發(fā)、標準化問(wèn)題、散熱等種種挑戰，整個(gè)行業(yè)尚處于相對早期的階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程仍有待提高。 以設備為例，由于面板級封裝是全新的封裝技術(shù)，也需要新的封裝設備加以支持。比如貼片機就是產(chǎn)線(xiàn)改造中最重要的環(huán)節之一。由于面板級封裝使用的載板尺寸更大，表面容易凹凸翹曲，對應機臺尺寸也就更大，Pick & Place動(dòng)作的路徑更長(cháng)，對機臺的效率、運動(dòng)機構的一致性、穩定性都提出了更高的要求。 此外，面板級封裝與當前晶圓級封裝數據系統不完全兼容，需要對原有產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行改造。面板級封裝還需要RDL制造設備，開(kāi)發(fā)特殊的檢測及測量工具以及激光/熱釋放層、介質(zhì)層材料等，這需要大量的前期投資來(lái)打造完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。這也是為什么臺積電、英特爾至今也沒(méi)有大肆開(kāi)發(fā)扇出型面板級封裝。 有專(zhuān)家指出，面板級封裝設備的開(kāi)發(fā)需要廠(chǎng)商在硬件和算法上具有較強的協(xié)同能力，這樣才能從底層上去解決問(wèn)題。 另外，面板級封裝設備廠(chǎng)商還應具有一定的模塊化平臺架構設計能力，這樣才能使設備產(chǎn)品具有高度靈活性和可轉換性，做到全工藝、全尺寸覆蓋，幫助客戶(hù)更好地適應先進(jìn)封裝領(lǐng)域快速的發(fā)展變化，產(chǎn)能可快速在不同工藝需求的產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行調配，工藝轉換成本也更低。 板級封裝的難點(diǎn)還在于設備供應商沒(méi)有統一規范，面板尺寸沒(méi)有通用標準。主要原因是因為當前需求量還較低，設備供應商沒(méi)有太大的熱情來(lái)冒險開(kāi)發(fā)整條產(chǎn)線(xiàn)。 總的來(lái)說(shuō)，要想充分釋放FOPLP這一技術(shù)的潛力，行業(yè)必須正視并克服貼裝精度、芯片偏移、翹曲和光刻等諸多挑戰，對設備和標準的持續投資與發(fā)展亦不可或缺。 市場(chǎng)份額上，過(guò)去數年FOPLP一直處于爬坡階段，在整體封裝市場(chǎng)占比較小。 但相信隨著(zhù)英偉達、AMD、英特爾等芯片大廠(chǎng)的轉向，未來(lái)將有望充分釋放FOPLP封裝的技術(shù)優(yōu)勢和市場(chǎng)需求，為行業(yè)發(fā)展注入新動(dòng)力。 |
