据中国台湾经济日报报道,台积电将在台湾地区嘉义科学园区先进封装厂新厂加大投资,园区将拨出六座新厂用地给台积电,比原本预期的四座多两座,总投资额逾5000亿新台币(约合人民币1137亿元),主要扩充晶圆基片芯片(CoWoS)先进封装产能。另据其他媒体消息显示,台积电正考虑在日本建设先进的芯片封装产能,选择之一是将其CoWoS封装技术引入日本。
3月18日晚间,台积电官方虽未证实六座新厂及日本扩建封装厂的消息,但其表示,因应市场对半导体先进封装产能强劲需求,台积电计划先进封装厂将进驻嘉义科学园区。
据悉,从去年中至今年初,中国台湾方面就积极协调台积电先进封装厂进驻位于太保的嘉科,相关环评、水电设施都已盘点、处理完成,预计4月就能动工,这间接证实相关传闻。
先进封装需求强劲,台积电CoWoS一骑绝尘
先进封装的意义旨在实现更大的互连密度(每个区域有更多的互连),减少迹线长度(trace length )以降低每比特传输的延迟和能量。目前先进封装领域的主要竞争对象早已不仅仅是传统的封装企业,许多晶圆代工大厂和存储巨头企业也纷纷参与进来,主要选手有包括日月光、英特尔、台积电、三星、安靠、长电科技、通富微电、华天科技等。
上述各家先进封装略有不同,包括台积电的SoIC、CoWoS和InFO等,英特尔的EMIB、Foveros和Co-EMIB等,三星的I-Cube(2.5D)、X-Cube(3D),日月光的Fan Out Package-on-Package(FOPoP)、Fan Out Chip-on-Substrate(FOCoS)等六大核心封装技术等,大陆情况看,长电科技已覆盖SiP、WL-CSP、2.5D、3D等,同时XDFOI Chiplet高密度多维异构集成系列工艺已按计划进入稳定量产阶段;通富微电拥有多样化Chiplet封装解决方案,已具备7nm、5nm、Chiplet等先进技术优势;华天科技同样已经具备5nm芯片的封装技术,Chiplet封装技术也已量产。
这其中,台积电此次扩产的CoWoS先进封装技术以及最近爆火的HBM先进封装为行业重点。
AI产业高速发展
先进封装需求激增
先进封装一般指将不同系统集成到同一封装内以实现更高效系统效率的封装技术,是对应于先进晶圆制程而衍生出来的概念。先进封装能够实现芯片的整体性能(包括传输速度、运算速度等)的提升,相对轻松地实现芯片的高密度集成、体积的微型化和更低的成本。先进封装主要包括倒装(FlipChip)、凸块(Bumping)、晶圆级封装 (Waferlevelpackage)、2.5D 封装(Interposer、RDL 等)、3D 封装(TSV)等封装技术。
随着AI的蓬勃发展,全球对先进半导体封装的需求激增。摩根士丹利表示,先进制程产能当前供不应求,先进封装渗透率有望跟随AI算力芯片需求爆发而保持高增速,同时端侧计算芯片先进封装渗透率也在快速提升。据摩根士丹利测算,全球CoWoS产能2023年预计达到1.4万片/月,2024年预计达到3.2万片/月。
据国投证券研报,在人工智能、自动驾驶等算力需求暴涨的背景下,先进封装在提高芯片集成度、缩短芯片距离、加快芯片间电气连接速度以及性能优化的过程中扮演了越来越重要角色。市场调研机构Yole数据预测,全球先进封装市场规模将由2022年的443亿美元,增长到2028年的786亿美元,年复合成长率为10.6%,增速远高于传统封装。
台积电计划在日本扩建先进封装产能
据媒体报道,有知情人士透露,台积电正考虑在日本建立先进的封装产能,正在考虑的一个选择是将其晶圆基片芯片(CoWoS)封装技术引入日本。
据了解,CoWoS就是把芯片堆叠起来,再封装于基板上,最终形成2.5D、3D的型态,可以减少芯片的空间,同时还能减少功耗和成本。
但由于CoWoS过于精密,目前只能由台积电制造,而目前台积电所有的CoWoS产能都在中国台湾。
所以若台积电将CoWoS先进封装技术引入日本,也将是台积电首次对外输出CoWoS封装技术。
而台积电之所以如此考虑,主因还是先进封装供不应求,随着人工智能的蓬勃发展,全球对先进半导体封装的需求激增。
对此日本经济产业省的高级官员表示,日本政府将欢迎台积电引进先进封装产业,并积极提供支持它的生态系统。
不过有分析师表示,如果台积电在日本建立先进的封装产能,规模也将有限,因为台积电目前的CoWoS客户多数在美国,尚不清楚日本国内对CoWoS封装的需求有多大。
中国大陆先进封装占比持续提高
2022 年全球先进封装厂商主要以中国台湾、中国大陆、美国厂商为主。芯思想研究院 (ChipInsights)发布 2022 年全球委外封测(OSAT)榜单,榜单显示,2022 年委外封测整 体营收较 2021 年增长 9.82%,达到 3154 亿元;其中前十强的营收达到 2459 亿元,较 2021 年增长 10.44%。
根据总部所在地划分,前十大委外封测公司中,中国台湾有五家(日月光 ASE、力成科技 PTI、 京元电子 KYEC、南茂科技 ChipMOS、颀邦 Chipbond),市占率为 39.36%,较 2021 年的 40.58% 减少 1.22 个百分点;中国大陆有四家(长电科技 JCET、通富微电 TFMC、华天科技 HUATIAN、 智路封测),市占率为 24.54%,较 2021 年 23.53%增加 1.01 个百分点;美国一家(安靠 Amkor), 市占率为 14.08%,相较 2021 年的 13.44%增加 0.64 个百分点。
近年来,国内厂商先进封装技术快速发展,在全球的市场份额不断提高,中国大陆先进封装 产值占全球比例也不断提升,由 2016 年的 10.9%增长至 2020 年的 14.8%,随着我国封测行 业的不断发展,预计我国先进封装产值占全球比重有望进一步提高,2022 年达到 16.8%。
国内先进封装厂中,长电科技、通富微电、华天科技、甬矽电子、盛合精微等均有深入积累 和布局,部分龙头公司在先进封装技术上与海外龙头技术水平已经比较接近。 长电科技是国内封测龙头,公司推出的高密度多维异构集成技术平台 XDFOI™可实现 TSVless 技术,达到性能和成本的双重优势,重点应用领域为高性能运算如 FPGA、CPU/GPU、AI、 5G、自动驾驶、智能医疗等。XDFOI™是一种以 2.5D TSV-less 为基本技术平台的封装技术, 在线宽/线距可达到 2μm/2μm 的同时,还可以实现多层布线层,以及 2D/2.5D 和 3D 多种异 构封装,能够提供小芯片(Chiplet)及异构封装的系统封装解决方案。目前长电先进 XDFOI™ 2.5D 试验线已建设完成,并进入稳定量产阶段,同步实现国际客户 4nm 节点多芯片系统集成 封装产品出货。
通富微电是我国营收第二的封测厂商,在先进封装方面公司已大规模生产 Chiplet 产品,7nm 产品已大规模量产,5nm 产品已完成研发即将量产。公司的 VisionS 2.5D/3D Chiplet 面向 高性能计算应用。公司面向 3D 堆叠内存布局了 TSV+micro-bump,面向混合键合布局了 bump-less,开发 TCB 技术和优化治具和工艺参数将凸点间距推进至<40μm;10 万个凸点共面度 <15μm,以破解高密度 Chiplet 封装技术难点。 华天科技目前已建立三维晶圆级封装平台—3D Matrix,该平台由 TSV、eSiFo(Fan-out)、 3D SIP 三大封装技术构成。凸点间距也将推进至 40μm ,该技术的目标应用主要是 Al、loT、 5G 和处理器等众多领域。
盛合晶微以先进的 12 英寸凸块和再布线加工起步、向国内外客户提供优质的中段硅片制造 和测试服务。公司是中国境内最早致力于 12 英寸中段硅片制造的企业,其 12 英寸高密度凸 块(Bumping)加工、12 英寸硅片级尺寸封装(WLCSP)和测试(Testing)达到世界一流水 平。 目前,盛合晶微可提供基于硅通孔(TSV)载板、扇出型和大尺寸基板等多个不同平台的多芯 片高性能集成封装一站式量产服务,人工智能、数据中心、智能手机领域需求。 在下游需求快速增长的推动下,公司营收增长迅速,2022 年的营收约为 2.7 亿美元,折合人 民币约 18 亿元,同比增长 17%。其中,2022 年下半年环比上半年实现了近 40%的增长。