如果我们要用一个词来形容我们的未来，那就是“以数据为中心”。

如今，几乎每个行业的各个层面都出现了数据爆炸式增长。每一秒，我们的数字世界都会产生 4,000 TB 的数据，而且这个数量预计只会在未来增加。

机器学习和人工智能等数据丰富的应用程序是数据中心、5G 和自动驾驶汽车等广泛应用程序的关键数据推动因素。要运行这些应用程序，需要一个强大的处理器，其基础是基于 Si 的集成电路 (IC)。

几十年来，英特尔等 IC 供应商设计的芯片将所有功能都集成在同一芯片上，然而，随着业界看到摩尔定律的放缓（芯片密度不再每两年翻一番），单片 IC 的微缩成为越来越困难和昂贵。这将 IC 供应商推向“先进的半导体封装”。

先进封装登场，技术路线“谁主沉浮”

2000年以来，集成电路封装从括球栅阵列封装、倒装芯片封装等转入更为复杂的封装结构“阵地”，雨后春笋般涌现出以晶圆级封装(WLP) 、系统级封装(SiP) 、硅通孔(TSV)、2.5D/3D封装、嵌入式多芯片互连桥接（EMIB）等为代表的先进封装技术。

时至2023年，“百花齐放”的先进封装技术中，哪些会成为主流？

芯徳科技技术副总张中说：“个人观察，目前晶圆级封装（WLP）出货量仍然是最大的，在市场逐步恢复后，中国大陆封装厂月出货量可达亿级规模。如果从今后趋势判断，我们倾向于以Chiplet为理念的2.5D/3D封装会成长为主要的先进封装形式。”

据悉，晶圆级封装（WLP）主要有Fan-in（扇入式）、Fan-Out（扇出式）两种类型。其与传统封装不同之处在于，封装过程中大部分工艺都是对晶圆进行操作，即在晶圆上进行整体封装，封装完成后再切割分片，符合轻、小、短、薄化市场趋势。

英特尔研究院副总裁、中国研究院院长宋继强指出，众多先进封装技术中，硅通孔（TSV）是实现3D先进封装的重要技术，目前还在探索TDV绝缘层穿孔技术，在微小尺度下比TSV拥有更好的供电能力和信号完整性。2.5D、3D先进封装技术的发展，也是为实现SiP系统级封装，将不同功能、不同制程的芯片更好地集成在一个大封装里。先进封装技术要想在半导体行业成为主流，需要依靠在产品中的大规模使用来提高性价比，目前英特尔产品已在应用2.5D和3D先进封装技术。

某权威咨询机构资深分析师赵玉（化名）表示，技术市场驱动着2.5D、3D封装向着先进封装主流技术发展，尤其在人工智能的推动下。此外，就现阶段来看，Fan-Out在小尺寸封装里也是不错的选择。

此外，随着先进封装技术不断发展，尤其晶圆级封装产业规模持续提高，与芯片设计、制造业的协同发展显得更加重要。而晶圆级封装的出现让晶圆厂和封装厂之间的界限“模糊不明”，为台积电、英特尔和三星等企业提供了在先进封装“舞台”上展示实力的机会。

宋继强对此表示，更高级的封装技术的应用，对封装厂设备、原材料、洁净度等要求都在向晶圆厂靠拢。譬如英特尔将很多原来封装厂的工作转移到晶圆厂进行，系统性地使用无机材料替换有机材料，采用先进的铜填充与平整技术，让先进封装所需的制造流程更容易与晶圆厂整合，例如3D先进封装就主要由晶圆厂在做，“当然，先进封装的不断发展，和其它半导体技术一样，绝非一家或几家企业就能实现的，而需要整个行业的开放协作，以产业界、学术界的深度融合。”


“HPC+AI”为先进封装不断注入内驱力

近年来，先进封装的内驱力已从高端智能手机领域逐步转向高性能计算（HPC）、人工智能（AI）等，涉及高性能处理器、存储器、人工智能训练和推理等。

就“人工智能在推动先进封装技术发展上将起到怎样作用”这一问题，芯和半导体副总裁仓巍回应，从人工智能（如ChatGPT）的角度来看，高性能计算将会是实现这一技术突破的关键基础。算力是人工智能发展的技术保障，是人工智能发展的动力和引擎。当摩尔定律接近物理极限，通过SoC单芯片的进步已经很难维系更高性能的HPC，整个系统层面的异构集成先进封装将成为半导体高速增长的最重要引擎之一。

“越来越多的系统公司开始垂直整合，自研芯片已成为新的风潮，从系统最终应用的角度倒退规划异构集成中的所有芯片和先进封装设计，进行协同设计和仿真分析，这些趋势对EDA构成巨大挑战。为填补异构集成设计分析这一市场空白，国际领先的EDA厂商都在开发前所未有的EDA解决方案，也给了国产EDA弯道超车的最佳时机。”仓巍说道。

芯徳科技技术副总张中表示，人工智能推动先进封装技术发展是毫无疑问的。以ChatGPT为例，其对算力要求高，需要高性能芯片支持。而当前实际处理 ChatGPT的GPU就是英伟达的HGX A100，其依托2.5D/3D封装技术实现，发挥出最优性能。

伴随AI快速发展，AI大模型的参数量已达到万亿级，其能力不断增强的同时，训练和推理亟需较大算力支持，这需要性能更强、功耗更低的芯片。

英特尔研究院副总裁、中国研究院院长宋继强指出，晶体管尺寸正逐渐逼近物理极限，在探索提高芯片算力的创新路径中，先进封装便是其中之一：一方面，先进封装可不断微缩互连间距，增加在单个设备内集成的晶体管数量；另一方面，利用先进封装技术在一个封装好的设备里构建完整的计算系统，令不同厂商生产的、基于不同制程的、不同功能的异构硬件（如CPU、GPU、FPGA、AI加速器等），经由高密度的互连集成在一起高效工作，通过异构计算进一步释放算力。此外，由于AI大模型训练和推理使用的数据量非常大，也亟需采用带宽更高、能耗更优的数据传输模块，如可以与计算、存储芯片封装在一起的集成光子模块。


先进封装的增长动力

IDTechEx 确定了先进半导体封装的四个主要应用领域：高性能计算 (HPC) 应用/数据中心、通信网络、自动驾驶汽车和消费电子产品。对数据处理不断增长的需求是这些应用领域增长的主要推动力。然而，每种应用都有特定的要求，需要不同的先进半导体封装技术。

对于 HPC 应用程序/数据中心，首要任务是提供卓越的数据处理能力，这使得使用 Si 中介层或 Si 桥接器的 2.5DIC 技术成为首选，尽管它们的成本较高。相比之下，智能手机或智能手表等消费电子产品注重小型化和成本，有机封装技术是首选。

在 5G 及以后的通信中，关键挑战是传输损耗。因此，采用先进的封装技术使天线更靠近 RF IC 芯片，从而最大限度地减少传输损耗。“封装天线 (AiP)”是目前 5G 毫米波最可行的选择，而“芯片/晶圆上天线 (AoP)”仍在紧锣密鼓地开发以降低成本。

对于未来的自动驾驶汽车，CPU 和其他组件（例如 HBM 和可靠的电力传输系统）的异构集成将为先进半导体封装和创新创造新的机会。

数据处理的扩展是所有这些应用程序的统一增长因素。然而，由于每个应用领域的要求不同，正在使用先进的半导体封装技术来满足特定需求。


中国大陆的先进封装

实际上，以2000年为节点，我们可以将封装产业分为传统封装阶段和先进封装阶段。而封装是我国半导体产业中发展最早、起步最快的行业。

现在，长电、通富微电、华天都已经进入全球封装企业前十。长电科技、通富微电、华天科技按营收口径分列第3、5、6位，长电科技已处于国际第一梯队，通富微电与华天科技处于国际第二梯队。

长电先进具备FC、PoP、Fan-out、WLP、2.5D/3D等先进封装的能力；星科金朋新加坡厂拥有Fan-out eWLB和WLCSP封装能力，韩国厂拥有SiP和FC系统封测能力，江阴厂拥有先进的存储器封装、全系列的FC倒装技术；长电韩国主营SiP高端封装业务。

华天科技在先进封装方面已经掌握了MCM、BGA、3D、SIP、MEMS、FC、TSV、Bumping、Fan-out、WLP等技术。

通富微电拥有Bumping、WLCSP、FC、BGA、SiP等先进封测技术。

2D封装

在Fan-out封装上，华天科技推出了拥有完全自主知识产权的晶圆级eSiFO。eSiFO的优势包括硅基板，翘曲小、应力低的高可靠性，生产周期短、工艺设备小的低成本、高集成度、系统级封装。目前已经可以为客户提供8英寸、12英寸晶圆级扇出封装。

而在eSiFO技术的基础上，可以通过TSV、Bumping等晶圆级封装的技术，实现3D、SiP的封装。

长电科技旗下星科金朋新加坡厂拥有eWLB技术，作为Fan-out封装技术的进一步升级，eWLB技术主要用于高端手机主处理器的封装，适用于高性能低功耗的芯片产品。

eWLB技术能够实现突破性的超薄封装，具有更高的I/O引脚数，散热性能和电气性能较强，可以提供低功耗、高性能的解决方案，同时扩展异构芯片集成能力，能够在不使用成本高昂的TSV技术的情况下，嵌入多个垂直三维互联的有源和无源元件到相同的晶片级封装。


2.5D、3D封装

长电科技2021年7月推出了一款使用Chip-Last封装工艺的高密度扇出式封装——XDFOI，应用场景主要集中在对集成度和算力有较高要求的FPGA、CPU、GPU、AI和5G网络芯片等

长电科技XDFOI技术，相较于2.5D TSV封装技术，具备更高性能、更高可靠性以及更低成本等特性。该解决方案在线宽或线距可达到2um的同时，可实现多层布线层，另外，采用了极窄节距凸块互联技术，封装尺寸大，可集成多颗芯片、高带宽内存和无源器件。

3D封装方面，华天科技推出了3D-eSinC解决方案。华天科技称，2022年将开展2.5D Interpose FCBGA、FOFCBGA、3D FOSiP等先进封装技术，以及基于TCB工艺的3D Memory封装技术，Double Sidemolding射频封装技术、车载激光雷达及车规级12英寸晶圆级封装等技术和产品的研发。

3DIC方面，长电科技推出了扩展eWLB。长电科技基于eWLB的中介层可在成熟的低损耗封装结构中实现高密度互连，提供更高效的散热和更快的处理速度。3D eWLB互连（包括硅分割）是通过独特的面对面键合方式实现，无需成本更高的TSV互连，同时还能实现高带宽的3D集成。

在2.5D/3D封装方面，通富微电在高性能计算领域建成了国内2.5D/3D封装平台(VISionS)及超大尺寸FCBGA研发平台。其中2.5D技术已于2021年成功开发，实现样品制作，目前正在配合客户做进一步产品认证和量产规划，预计2022年下半年到2023年，一些客户会逐渐进入2.5D封装量产阶段。

随着世界对算力需求的增长，当先进制程达到物理极限时，先进封装或许能够提供更新的动力。正如英特尔CEO帕特•基辛格所说：“到2030年，希望能将单个设备中的晶体管数量从1千亿个增加到1万亿个。现在对于技术专家们而言，既是最好的时代，也是最重要的时代。”