電子發(fā)燒友網報道(文/李彎彎)在半導體行業(yè),先進封裝(Advanced Packaging)已然占據至關重要的地位。它不再局限于芯片制造的“后道工序”范疇,而是成為提升芯片性能、在后摩爾定律時代突破算力瓶頸的核心驅動力。當傳統通過縮小晶體管尺寸來提升性能的方式,因愈發(fā)困難且成本高昂而面臨瓶頸時,先進封裝憑借創(chuàng)新的連接和集成技術脫穎而出。它能讓多個芯片(或芯粒)緊密且高效地協同工作,進而顯著提升整體性能。
先進封裝的迅速崛起,主要有幾個方面的原因。首先,AI與高性能計算(HPC)的爆發(fā)式增長,對芯片的算力、帶寬和功耗提出了極高要求。傳統封裝方式難以滿足這些嚴苛條件,先進封裝技術成為必然選擇。其次,當晶體管微縮逐漸逼近物理極限時,先進封裝成為延續(xù)半導體性能提升的關鍵路徑,為行業(yè)突破發(fā)展瓶頸提供了新方向。再者,Chiplet(芯粒)架構的興起也起到了重要推動作用。將大芯片拆分為多個小芯片(芯粒),再利用先進封裝技術將它們集成在一起,既能顯著降低成本,又能提高良率。
臺積電:多技術路線并行發(fā)展
目前,全球領先的半導體廠商都在大力布局先進封裝,形成了不同的技術路線。作為行業(yè)龍頭企業(yè),臺積電構建了覆蓋廣泛需求的技術矩陣。
InFO(集成扇出)技術,應用范圍廣泛且成本較低,主要應用于智能手機處理器等領域。CoWoS(晶圓級芯片封裝)技術,是目前高端AI芯片(如英偉達GPU)的主流選擇。它通過硅中介層實現高密度集成,為高端芯片提供了強大的性能支持。SoIC(系統級集成芯片)技術,是一種先進的3D堆疊技術,能夠將芯片垂直堆疊,實現極致的性能和能效表現。
為應對AI需求,臺積電正積極擴充產能,并計劃在2026年投資建設多座先進封裝設施。其CoPoS計劃于2028年底實現量產,還計劃在嘉義AP7工廠新建WMCM生產線。WMCM(晶圓級多芯片模塊)封裝技術采用邏輯SoC與DRAM平面封裝架構,以重布線層(RDL)替代傳統Interposer中介層,堪稱CoWoS基礎上的終極演化。該技術可將內存與CPU、GPU、NPU集成于同一晶圓,極大縮短了信號傳輸路徑,顯著提升互連密度與散熱性能。這一技術將獨家適配蘋果iPhone 18搭載的A20系列芯片,配合2nm制程,實現性能的飛躍式提升。
與當前蘋果A系列芯片采用的InFo-PoP技術相比,WMCM封裝技術優(yōu)勢明顯。它能在不顯著增加芯片面積的前提下,大幅提升互連帶寬并降低功耗,同時大幅降低制造成本。通過縮短芯片間信號傳輸路徑,提升信號完整性與散熱性能,能夠更好地適配臺積電第二代2nm工藝的A20 SoC,為移動終端AI算力與高端游戲性能的釋放提供有力支撐。
英特爾:IDM 2.0戰(zhàn)略下的技術布局
英特爾的策略核心在于其IDM 2.0戰(zhàn)略,通過多種技術組合構建生態(tài)系統。EMIB(嵌入式多芯片互連橋接)是一種2.5D技術,憑借面積和成本優(yōu)勢,成為許多ASIC芯片的主流方案。Foveros是英特爾的3D堆疊技術,可實現芯片的垂直集成,為芯片設計提供了更多可能性。此外,英特爾正大力研發(fā)玻璃基板技術,計劃在未來幾年內實現量產,以替代傳統的有機基板,進一步提升芯片性能。
在2026年NEPCON日本電子展上,Intel展示了結合EMIB與玻璃基板的最新封裝樣品。這款樣品亮點十足,具備78mm×77mm的超大尺寸(達到標準光罩尺寸的2倍)、10-2-10堆疊架構(10層RDL + 2層厚核心玻璃基板 + 10層堆疊層),以及45μm超微細凸點間距,遠超傳統基板性能上限。EMIB在玻璃基板之上,利用玻璃基板的物理特性實現更大的尺寸和更高的密度。相較傳統有機基板,玻璃基板具有更佳的平整度、低介電損耗和尺寸穩(wěn)定性,其熱膨脹系數與硅片接近,可有效解決高溫下基板翹曲導致的芯片接合不良問題。同時,它支持超精細布線與高密度I/O配置,EMIB橋接技術則突破了多芯粒互聯帶寬瓶頸,完美匹配AI加速器、多chiplet GPU等大算力芯片的集成和高速信號傳輸需求。
此外,有消息稱英偉達將在其預計2028年登場的Feynman(費曼)GPU上導入英特爾代工的先進制程與先進封裝技術。具體而言,Feynman的GPU Die部分仍由臺積電代工,I/O Die則會部分采用英特爾代工的Intel 18A或Intel 14A先進制程;在后端先進封裝部分,英特爾代工將以EMIB最多承擔1/4,剩余3/4由臺積電負責。
三星:依托存儲優(yōu)勢的差異化競爭
三星依托自身在存儲領域的優(yōu)勢,推出了一系列差異化競爭方案。H-Cube/X-Cube分別代表其2.5D和3D封裝方案。SAINT技術體系專注于存儲芯片與邏輯芯片的協同封裝,成為其一大特色。SoP(面板級系統)是三星正在全力推進的一項新技術,采用超大尺寸的面板作為封裝載體,旨在通過尺寸和成本優(yōu)勢打破現有市場格局。
三星在Exynos 2600處理器中導入了Heat Pass Block(HPB)技術。該技術核心是在SoC裸晶上方集成銅基導熱塊,與LPDDR DRAM內存一起策略性地放置在處理器芯片上方,優(yōu)化熱量傳導路徑。同時搭配高k環(huán)氧模塑復合材料(EMC),引導熱量快速向導熱塊傳導,形成封裝層級的專屬散熱通道,大幅提升處理器散熱效率。
HPB技術通過縮減DRAM尺寸、加裝HPB導熱塊、應用新型EMC材料等關鍵措施,取得了顯著效果,實現了熱阻降低16%、芯片運行溫度降低30%。這有效減少了高負載場景下的性能降頻現象,為移動芯片超頻潛力釋放提供了可能,解決了旗艦手機高發(fā)熱的行業(yè)痛點。
關鍵技術趨勢和產業(yè)格局展望
除上述廠商特定的技術外,整個行業(yè)正朝著幾個關鍵方向演進。混合鍵合(Hybrid Bonding)技術實現了芯片間銅對銅的直接原子級連接,可將互連間距縮小至微米甚至納米級別,是未來提升互連密度和性能的顛覆性技術。材料革新方面,用玻璃基板替代傳統的有機基板是重要發(fā)展方向。多家廠商(如英特爾、三星、Rapidus)都在積極研發(fā),目標是在2025 - 2030年間實現量產。日本企業(yè)Rapidus于2025年SEMICON Japan展會上首次展示采用600 x 600毫米玻璃基板的面板級封裝原型,計劃2028年前完成技術優(yōu)化并投入大規(guī)模生產。共封裝光學(CPO)將光學引擎與運算芯片共同封裝,是解決AI數據中心高帶寬、低功耗通信需求的重要未來方向。
當前的全球先進封裝市場呈現出“臺積電主導,專業(yè)封測廠(OSAT)跟進”的格局。對于中國而言,這是一個重要的發(fā)展機遇期。從市場規(guī)模來看,預計到2029年,中國大陸先進封裝市場規(guī)模將達到1006億元,年復合增長率高達14.4%。國產廠商中,以長電科技、通富微電為代表的中國封測企業(yè)正在加速技術突破。長電科技推出了XDFOI?芯粒集成工藝,已具備4nm節(jié)點Chiplet產品的封裝能力。通富微電在大尺寸FCBGA及2.5D/3D封裝方面持續(xù)擴產,競爭力不斷提升。
結語
先進封裝已然成為半導體產業(yè)競爭的新高地。它不僅決定了AI芯片的性能上限,也為產業(yè)鏈的參與者提供了新的增長空間和差異化競爭的機會。隨著技術的不斷演進和市場的持續(xù)擴大,先進封裝必將在未來半導體行業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用,推動整個行業(yè)邁向新的發(fā)展階段。
先進封裝的迅速崛起,主要有幾個方面的原因。首先,AI與高性能計算(HPC)的爆發(fā)式增長,對芯片的算力、帶寬和功耗提出了極高要求。傳統封裝方式難以滿足這些嚴苛條件,先進封裝技術成為必然選擇。其次,當晶體管微縮逐漸逼近物理極限時,先進封裝成為延續(xù)半導體性能提升的關鍵路徑,為行業(yè)突破發(fā)展瓶頸提供了新方向。再者,Chiplet(芯粒)架構的興起也起到了重要推動作用。將大芯片拆分為多個小芯片(芯粒),再利用先進封裝技術將它們集成在一起,既能顯著降低成本,又能提高良率。
臺積電:多技術路線并行發(fā)展
目前,全球領先的半導體廠商都在大力布局先進封裝,形成了不同的技術路線。作為行業(yè)龍頭企業(yè),臺積電構建了覆蓋廣泛需求的技術矩陣。
InFO(集成扇出)技術,應用范圍廣泛且成本較低,主要應用于智能手機處理器等領域。CoWoS(晶圓級芯片封裝)技術,是目前高端AI芯片(如英偉達GPU)的主流選擇。它通過硅中介層實現高密度集成,為高端芯片提供了強大的性能支持。SoIC(系統級集成芯片)技術,是一種先進的3D堆疊技術,能夠將芯片垂直堆疊,實現極致的性能和能效表現。
為應對AI需求,臺積電正積極擴充產能,并計劃在2026年投資建設多座先進封裝設施。其CoPoS計劃于2028年底實現量產,還計劃在嘉義AP7工廠新建WMCM生產線。WMCM(晶圓級多芯片模塊)封裝技術采用邏輯SoC與DRAM平面封裝架構,以重布線層(RDL)替代傳統Interposer中介層,堪稱CoWoS基礎上的終極演化。該技術可將內存與CPU、GPU、NPU集成于同一晶圓,極大縮短了信號傳輸路徑,顯著提升互連密度與散熱性能。這一技術將獨家適配蘋果iPhone 18搭載的A20系列芯片,配合2nm制程,實現性能的飛躍式提升。
與當前蘋果A系列芯片采用的InFo-PoP技術相比,WMCM封裝技術優(yōu)勢明顯。它能在不顯著增加芯片面積的前提下,大幅提升互連帶寬并降低功耗,同時大幅降低制造成本。通過縮短芯片間信號傳輸路徑,提升信號完整性與散熱性能,能夠更好地適配臺積電第二代2nm工藝的A20 SoC,為移動終端AI算力與高端游戲性能的釋放提供有力支撐。
英特爾:IDM 2.0戰(zhàn)略下的技術布局
英特爾的策略核心在于其IDM 2.0戰(zhàn)略,通過多種技術組合構建生態(tài)系統。EMIB(嵌入式多芯片互連橋接)是一種2.5D技術,憑借面積和成本優(yōu)勢,成為許多ASIC芯片的主流方案。Foveros是英特爾的3D堆疊技術,可實現芯片的垂直集成,為芯片設計提供了更多可能性。此外,英特爾正大力研發(fā)玻璃基板技術,計劃在未來幾年內實現量產,以替代傳統的有機基板,進一步提升芯片性能。
在2026年NEPCON日本電子展上,Intel展示了結合EMIB與玻璃基板的最新封裝樣品。這款樣品亮點十足,具備78mm×77mm的超大尺寸(達到標準光罩尺寸的2倍)、10-2-10堆疊架構(10層RDL + 2層厚核心玻璃基板 + 10層堆疊層),以及45μm超微細凸點間距,遠超傳統基板性能上限。EMIB在玻璃基板之上,利用玻璃基板的物理特性實現更大的尺寸和更高的密度。相較傳統有機基板,玻璃基板具有更佳的平整度、低介電損耗和尺寸穩(wěn)定性,其熱膨脹系數與硅片接近,可有效解決高溫下基板翹曲導致的芯片接合不良問題。同時,它支持超精細布線與高密度I/O配置,EMIB橋接技術則突破了多芯粒互聯帶寬瓶頸,完美匹配AI加速器、多chiplet GPU等大算力芯片的集成和高速信號傳輸需求。
此外,有消息稱英偉達將在其預計2028年登場的Feynman(費曼)GPU上導入英特爾代工的先進制程與先進封裝技術。具體而言,Feynman的GPU Die部分仍由臺積電代工,I/O Die則會部分采用英特爾代工的Intel 18A或Intel 14A先進制程;在后端先進封裝部分,英特爾代工將以EMIB最多承擔1/4,剩余3/4由臺積電負責。
三星:依托存儲優(yōu)勢的差異化競爭
三星依托自身在存儲領域的優(yōu)勢,推出了一系列差異化競爭方案。H-Cube/X-Cube分別代表其2.5D和3D封裝方案。SAINT技術體系專注于存儲芯片與邏輯芯片的協同封裝,成為其一大特色。SoP(面板級系統)是三星正在全力推進的一項新技術,采用超大尺寸的面板作為封裝載體,旨在通過尺寸和成本優(yōu)勢打破現有市場格局。
三星在Exynos 2600處理器中導入了Heat Pass Block(HPB)技術。該技術核心是在SoC裸晶上方集成銅基導熱塊,與LPDDR DRAM內存一起策略性地放置在處理器芯片上方,優(yōu)化熱量傳導路徑。同時搭配高k環(huán)氧模塑復合材料(EMC),引導熱量快速向導熱塊傳導,形成封裝層級的專屬散熱通道,大幅提升處理器散熱效率。
HPB技術通過縮減DRAM尺寸、加裝HPB導熱塊、應用新型EMC材料等關鍵措施,取得了顯著效果,實現了熱阻降低16%、芯片運行溫度降低30%。這有效減少了高負載場景下的性能降頻現象,為移動芯片超頻潛力釋放提供了可能,解決了旗艦手機高發(fā)熱的行業(yè)痛點。
關鍵技術趨勢和產業(yè)格局展望
除上述廠商特定的技術外,整個行業(yè)正朝著幾個關鍵方向演進。混合鍵合(Hybrid Bonding)技術實現了芯片間銅對銅的直接原子級連接,可將互連間距縮小至微米甚至納米級別,是未來提升互連密度和性能的顛覆性技術。材料革新方面,用玻璃基板替代傳統的有機基板是重要發(fā)展方向。多家廠商(如英特爾、三星、Rapidus)都在積極研發(fā),目標是在2025 - 2030年間實現量產。日本企業(yè)Rapidus于2025年SEMICON Japan展會上首次展示采用600 x 600毫米玻璃基板的面板級封裝原型,計劃2028年前完成技術優(yōu)化并投入大規(guī)模生產。共封裝光學(CPO)將光學引擎與運算芯片共同封裝,是解決AI數據中心高帶寬、低功耗通信需求的重要未來方向。
當前的全球先進封裝市場呈現出“臺積電主導,專業(yè)封測廠(OSAT)跟進”的格局。對于中國而言,這是一個重要的發(fā)展機遇期。從市場規(guī)模來看,預計到2029年,中國大陸先進封裝市場規(guī)模將達到1006億元,年復合增長率高達14.4%。國產廠商中,以長電科技、通富微電為代表的中國封測企業(yè)正在加速技術突破。長電科技推出了XDFOI?芯粒集成工藝,已具備4nm節(jié)點Chiplet產品的封裝能力。通富微電在大尺寸FCBGA及2.5D/3D封裝方面持續(xù)擴產,競爭力不斷提升。
結語
先進封裝已然成為半導體產業(yè)競爭的新高地。它不僅決定了AI芯片的性能上限,也為產業(yè)鏈的參與者提供了新的增長空間和差異化競爭的機會。隨著技術的不斷演進和市場的持續(xù)擴大,先進封裝必將在未來半導體行業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用,推動整個行業(yè)邁向新的發(fā)展階段。
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