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來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 據(jù)分析機(jī)構(gòu)Yole預(yù)計(jì)，2028年先進(jìn)封裝市場規(guī)模將達(dá)786億美元，2022-2028年的年復(fù)合增長約10%，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br /> 其中，扇出型面板級(jí)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(dá)最快將于2026年導(dǎo)入扇出型面板級(jí)封裝，借此緩解CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能吃緊，導(dǎo)致AI芯片供應(yīng)不足的問題，英特爾、AMD等半導(dǎo)體大廠后續(xù)也將逐步加入扇出型面板級(jí)封裝的陣營。 這一舉動(dòng)或?qū)⒋蚱飘?dāng)下CoWoS在AI芯片先進(jìn)封裝獨(dú)霸的局面。 AI的風(fēng)，吹到了FOPLP市場 扇出面板級(jí)封裝是基于重新布線層（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?qū)⒍鄠�(gè)芯片、無源元件和互連集成在一個(gè)封裝內(nèi)。FOPLP與傳統(tǒng)封裝方法相比，提供了更大的靈活性、可擴(kuò)展性和成本效益。 扇出型面板級(jí)封裝可以理解為扇出晶圓級(jí)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(jí)封裝具備顯著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(fèi)，同時(shí)能夠在一次封裝過程中處理更多的芯片，顯著提高了封裝效率，形成強(qiáng)大的規(guī)模效應(yīng)，從而具有極強(qiáng)的成本優(yōu)勢。 據(jù)Yole的報(bào)告顯示，F(xiàn)OWLP（扇出型晶圓級(jí)封裝）技術(shù)的面積使用率<85%，F(xiàn)OPLP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(dǎo)致生產(chǎn)過程中生產(chǎn)速率的差異。 
晶圓級(jí)封裝上出現(xiàn)的Partial DIE（Edge缺陷DIE）將不會(huì)在面板級(jí)封裝中出現(xiàn) （圖源：艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)） 同時(shí)，隨著基板面積的增加，芯片制造成本逐漸下降。從200mm過渡到300mm大約能節(jié)省25%的成本，而從300mm過渡到板級(jí)封裝，則能節(jié)約高達(dá)66%的成本。
圖源：Yole 綜合FOPLP的各項(xiàng)優(yōu)勢來看，英偉達(dá)、AMD、英特爾等AI芯片大廠導(dǎo)入扇出型面板級(jí)封裝，除了希望借此緩解CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能吃緊，導(dǎo)致AI芯片供應(yīng)不足的問題之外。 另一方面，主流廠商也試圖嘗試?yán)肍OPLP封裝技術(shù)降低成本，彌補(bǔ)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(dǎo)體副總經(jīng)理劉宏鈞給筆者算了一筆賬，以英偉達(dá)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(nèi)存芯片。H100每季度的出貨量高達(dá)400000個(gè)且供不應(yīng)求，據(jù)報(bào)道臺(tái)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(jù)傳臺(tái)積電會(huì)繼續(xù)增加相關(guān)產(chǎn)能至40000片/月，以應(yīng)對(duì)AI芯片大廠的需求。這些產(chǎn)能的80%會(huì)被英偉達(dá)和AMD消耗，后續(xù)隨著GB200等新產(chǎn)品的熱賣，以及其他廠商例如博通對(duì)CoWoS的需求，臺(tái)積電的產(chǎn)能確實(shí)已經(jīng)有了被擠爆的危險(xiǎn)，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有任何緩和的跡象。 因此，尋找某種其他的方案來解決產(chǎn)能已經(jīng)是過去至少一年來行業(yè)的共同認(rèn)知，這確實(shí)為FOPLP封裝帶來了新的機(jī)遇。 “由于其工藝尺寸原因，F(xiàn)OPLP技術(shù)指標(biāo)弱于臺(tái)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的用戶努力尋找替代技術(shù)。” 劉宏鈞補(bǔ)充道。 盡管弱于CoWoS技術(shù)，但相較于其它傳統(tǒng)封裝技術(shù)，F(xiàn)OPLP以其卓越的I/O密度和電氣性能，成為滿足AI計(jì)算需求的關(guān)鍵所在。 通過RDL工藝，F(xiàn)OPLP技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高帶寬、高密度的D2D互連，這一特性在AI計(jì)算中尤為關(guān)鍵，能夠有效滿足數(shù)據(jù)傳輸與處理的迫切需求。 不僅如此，F(xiàn)OPLP技術(shù)在提升芯片功能密度、縮短互聯(lián)長度以及進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)等方面均展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，這恰好符合AI時(shí)代對(duì)芯片性能提出的基本要求。
圖源：未來半導(dǎo)體 芯和半導(dǎo)體聯(lián)合創(chuàng)始人代文亮博士表示，從人工智能發(fā)展的需求和走勢來看，高性能計(jì)算芯片引入面板級(jí)扇出型封裝技術(shù)是大致確定的路線選擇。盡管該技術(shù)短期內(nèi)無法替代CoWoS，但未來在封測市場的份額比重會(huì)逐步增加，以解決當(dāng)前有機(jī)基板和硅基板接近極限，無法滿足高端芯片需求的瓶頸問題。 綜合來看，AI計(jì)算的需求增長、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(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，2022年FOPLP的市場空間大約是11.8億美元，預(yù)計(jì)到2026年將增長到43.6億美元。可以預(yù)見，F(xiàn)OPLP技術(shù)具備巨大的成長潛力。 “嗅到” FOPLP商機(jī) 廣闊的市場前景下，OSAT、IDM、Foundry、基板制造商等一眾廠商，都已“嗅到”商機(jī)，近年來都在積極投入發(fā)展FOPLP這一先進(jìn)封裝技術(shù)，進(jìn)一步證明了市場對(duì)FOPLP技術(shù)的廣泛認(rèn)可和高度期待。 根據(jù)麥姆斯咨詢早些時(shí)候發(fā)布的報(bào)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(dǎo)體等正在利用現(xiàn)有設(shè)施和工藝能力，投資面扇出型板級(jí)封裝技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。 以三星電子為例，2015在與臺(tái)積電競爭Apple手機(jī)處理器訂單失利后，三星電子對(duì)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(jī)成功開發(fā)出面板等級(jí)扇出封裝技術(shù)，并與臺(tái)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(jí)封裝廠商。
圖源：三星 這一努力在2018年實(shí)現(xiàn)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(jí)封裝APE-PMIC，這是FOPLP的全球首次量產(chǎn)。 最初，F(xiàn)OPLP主要用于移動(dòng)應(yīng)用。2020年開始的5G、AI、自動(dòng)駕駛和服務(wù)器需求導(dǎo)致對(duì)模塊化和高速數(shù)據(jù)處理的需求急劇增長。 因此，兼顧性能和成本驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢的FOPLP技術(shù)可以滿足多芯片封裝方面的這些需求，已經(jīng)逐漸拓展到諸多應(yīng)用領(lǐng)域。 劉宏鈞向筆者指出：“高端扇出封裝需求主要來自于同時(shí)需要晶體管數(shù)量和通訊帶寬的應(yīng)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(xiàn)更高密度的封裝集成，應(yīng)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)、日月光等上述廠商逐漸結(jié)合自身的工藝能力投資扇出型板級(jí)封裝技術(shù)的量產(chǎn)。同時(shí)國內(nèi)一些IDM、封裝廠也開始提前布局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(jí)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(yùn)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(jí)扇出型技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠家之一。于2019 年底產(chǎn)線建置完成，2020 下半年量產(chǎn)，應(yīng)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(tái)，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(tái)。 群創(chuàng)光電首度提出一項(xiàng)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，開發(fā)線寬介于2μm-10μm的中高階半導(dǎo)體封裝，為客戶提供更有競爭力的技術(shù)和利潤價(jià)值。 在頭部大廠的帶動(dòng)下，中國大陸扇出面板級(jí)封裝廠商正在乘勝追擊，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、工業(yè)、消費(fèi)類等多個(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(nèi)最早將大板級(jí)扇出封裝（FOPLP）技術(shù)量產(chǎn)于功率芯片/模組的供應(yīng)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(qū)和廈門海滄區(qū)均設(shè)有制造工廠，2017年已規(guī)模量產(chǎn)。針對(duì)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發(fā)了一套板級(jí)扇出封裝工藝和生產(chǎn)線，可實(shí)現(xiàn)低成本、高散熱、大電流、三維集成、低寄生參數(shù)的功率芯片/模組解決方案。 奕成科技：奕成科技是國內(nèi)板級(jí)高密封裝技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者，主要從事板級(jí)系統(tǒng)封測集成電路業(yè)務(wù)，載板尺寸為510mmx 515mm，技術(shù)平臺(tái)可對(duì)應(yīng)2D FO、2.xD、3D PoP、Embedded Die四大板級(jí)系統(tǒng)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(biāo)上已達(dá)行業(yè)領(lǐng)先水準(zhǔn)。2023年4月，奕成科技高端板級(jí)系統(tǒng)封測集成電路項(xiàng)目點(diǎn)亮投產(chǎn)，標(biāo)志著其首座板級(jí)高密系統(tǒng)封測工廠正式進(jìn)入客戶認(rèn)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(jí)封裝業(yè)務(wù)，面板級(jí)封裝技術(shù)有效解決了Chiplet封裝成本高昂的問題，更適用于功率類半導(dǎo)體封裝異構(gòu)集成化。 矽邁微電子：合肥矽邁微電子建成了國內(nèi)首條具備量產(chǎn)能力的基板扇出封裝生產(chǎn)線，并率先完成工藝開發(fā)，客戶認(rèn)證和試驗(yàn)量產(chǎn)，量產(chǎn)產(chǎn)品包括電源管理類，射頻類，系統(tǒng)模塊等。 佛智芯微電子：廣東佛智芯微電子結(jié)合現(xiàn)有半導(dǎo)體制程工藝設(shè)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)的線路創(chuàng)成工藝（i-FOSATM），具備工藝先進(jìn) 、成本合理、供應(yīng)鏈安全的特性，建設(shè)國內(nèi)首條高性價(jià)比板級(jí)扇出型封裝研發(fā)線和示范線，旨在打通Chip-First、Chip-Last、3D/SiP核心工藝。同時(shí)，為增加板級(jí)封裝技術(shù)創(chuàng)新與合作，佛智芯通過建立“板級(jí)扇出封裝創(chuàng)新聯(lián)合體”，打造產(chǎn)業(yè)鏈共性平臺(tái)，聯(lián)合體成員包含亞智、華為、華進(jìn)等40多名國內(nèi)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(tái)，為客戶提供高集成小型化的半導(dǎo)體器件模組封裝解決方案和半導(dǎo)體測試接口解決方案。 ... 此外，扇出型面板級(jí)封裝發(fā)展還需要更多廠商的參與和投入： 在面板級(jí)封裝光刻機(jī)領(lǐng)域，日本佳能動(dòng)作非常快，佳能在錯(cuò)失超紫外光刻機(jī)的機(jī)遇后，不會(huì)再放過任何一個(gè)機(jī)會(huì)。 在面板級(jí)封裝RDL工藝領(lǐng)域，Manz是領(lǐng)跑者之一，2016年Manz開始進(jìn)軍半導(dǎo)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題。 在面板級(jí)晶粒貼裝領(lǐng)域，ASMPT、華封科技、華芯智能、深科達(dá)等都有相應(yīng)產(chǎn)品，基本可以滿足大多數(shù)封裝產(chǎn)品的需求。 另外，考慮到芯片、封裝與PCB的同步設(shè)計(jì)及同步研發(fā)越來越重要，F(xiàn)OPLP的發(fā)展也需要PCB廠、載板廠、面板廠等這些后段封裝廠的協(xié)同努力。一方面有助于上述企業(yè)利用既有經(jīng)驗(yàn)快速切入FOPLP技術(shù)，另一方面，前后段半導(dǎo)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(duì)PCB廠、載板廠來說，發(fā)展FOPLP的優(yōu)勢是通過制程知識(shí)和設(shè)備升級(jí)、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。 而處于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游的EDA，同樣也在密切關(guān)注FOPLP行業(yè)的變化與市場機(jī)會(huì)。代文亮博士指出，在EDA方面，芯和半導(dǎo)體能夠?yàn)镕OPLP封裝設(shè)計(jì)提供一站式多物理場仿真EDA解決方案，通過完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，大規(guī)模跨尺度的仿真引擎，AI加持的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分和分布式并行計(jì)算等核心能力，幫助用戶解決信號(hào)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題，加速產(chǎn)品開發(fā)和迭代。 無論如何，隨著產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商的不斷關(guān)注和入局，有望推動(dòng)扇出型面板級(jí)封裝市場空間的進(jìn)一步增長。 FOPLP封裝，仍挑戰(zhàn)重重 盡管FOPLP封裝技術(shù)開始嶄露頭角，業(yè)界已有廠商實(shí)現(xiàn)了FOPLP產(chǎn)品的量產(chǎn)。 但總體來說，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(yīng)鏈不完善、面板翹曲及設(shè)備投入研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化問題、散熱等種種挑戰(zhàn)，整個(gè)行業(yè)尚處于相對(duì)早期的階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程仍有待提高。 以設(shè)備為例，由于面板級(jí)封裝是全新的封裝技術(shù)，也需要新的封裝設(shè)備加以支持。比如貼片機(jī)就是產(chǎn)線改造中最重要的環(huán)節(jié)之一。由于面板級(jí)封裝使用的載板尺寸更大，表面容易凹凸翹曲，對(duì)應(yīng)機(jī)臺(tái)尺寸也就更大，Pick & Place動(dòng)作的路徑更長，對(duì)機(jī)臺(tái)的效率、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一致性、穩(wěn)定性都提出了更高的要求。 此外，面板級(jí)封裝與當(dāng)前晶圓級(jí)封裝數(shù)據(jù)系統(tǒng)不完全兼容，需要對(duì)原有產(chǎn)線進(jìn)行改造。面板級(jí)封裝還需要RDL制造設(shè)備，開發(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打造完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。這也是為什么臺(tái)積電、英特爾至今也沒有大肆開發(fā)扇出型面板級(jí)封裝。 有專家指出，面板級(jí)封裝設(shè)備的開發(fā)需要廠商在硬件和算法上具有較強(qiáng)的協(xié)同能力，這樣才能從底層上去解決問題。 另外，面板級(jí)封裝設(shè)備廠商還應(yīng)具有一定的模塊化平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)能力，這樣才能使設(shè)備產(chǎn)品具有高度靈活性和可轉(zhuǎn)換性，做到全工藝、全尺寸覆蓋，幫助客戶更好地適應(yīng)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)線進(jìn)行調(diào)配，工藝轉(zhuǎn)換成本也更低。 板級(jí)封裝的難點(diǎn)還在于設(shè)備供應(yīng)商沒有統(tǒng)一規(guī)范，面板尺寸沒有通用標(biāo)準(zhǔn)。主要原因是因?yàn)楫?dāng)前需求量還較低，設(shè)備供應(yīng)商沒有太大的熱情來冒險(xiǎn)開發(fā)整條產(chǎn)線。 總的來說，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(zhàn)，對(duì)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)投資與發(fā)展亦不可或缺。 市場份額上，過去數(shù)年FOPLP一直處于爬坡階段，在整體封裝市場占比較小。 但相信隨著英偉達(dá)、AMD、英特爾等芯片大廠的轉(zhuǎn)向，未來將有望充分釋放FOPLP封裝的技術(shù)優(yōu)勢和市場需求，為行業(yè)發(fā)展注入新動(dòng)力。 |
