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來源：半導體行業(yè)觀察 據(jù)分析機構Yole預計，2028年先進封裝市場規(guī)模將達786億美元，2022-2028年的年復合增長約10%，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br /> 其中，扇出型面板級封裝（FOPLP）作為先進封裝技術發(fā)展的一個重要分支，正在頻頻進入人們的視野。 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先進封裝產(chǎn)能吃緊，導致AI芯片供應不足的問題，英特爾、AMD等半導體大廠后續(xù)也將逐步加入扇出型面板級封裝的陣營。 這一舉動或?qū)⒋蚱飘斚翪oWoS在AI芯片先進封裝獨霸的局面。 AI的風，吹到了FOPLP市場 扇出面板級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行互連的先進封裝技術，能夠?qū)⒍鄠�芯片、無源元件和互連集成在一個封裝內(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，加上進一步降低生產(chǎn)成本的考量下，所衍生而出的封裝技術。 因此，扇出型板級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，同時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，形成強大的規(guī)模效應，從而具有極強的成本優(yōu)勢。 據(jù)Yole的報告顯示，F(xiàn)OWLP（扇出型晶圓級封裝）技術的面積使用率<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，這導致生產(chǎn)過程中生產(chǎn)速率的差異。 
晶圓級封裝上出現(xiàn)的Partial DIE（Edge缺陷DIE）將不會在面板級封裝中出現(xiàn) （圖源：艾邦半導體網(wǎng)） 同時，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過渡到板級封裝，則能節(jié)約高達66%的成本。
圖源：Yole 綜合FOPLP的各項優(yōu)勢來看，英偉達、AMD、英特爾等AI芯片大廠導入扇出型面板級封裝，除了希望借此緩解CoWoS先進封裝產(chǎn)能吃緊，導致AI芯片供應不足的問題之外。 另一方面，主流廠商也試圖嘗試利用FOPLP封裝技術降低成本，彌補先進制程芯片研發(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個芯片，中心是814平方毫米的H100 GPU芯片，圍繞它的是6個堆疊的HBM內(nèi)存芯片。H100每季度的出貨量高達400000個且供不應求，據(jù)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(jù)傳臺積電會繼續(xù)增加相關產(chǎn)能至40000片/月，以應對AI芯片大廠的需求。這些產(chǎn)能的80%會被英偉達和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CoWoS的需求，臺積電的產(chǎn)能確實已經(jīng)有了被擠爆的危險，短時間內(nèi)不會有任何緩和的跡象。 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)的共同認知，這確實為FOPLP封裝帶來了新的機遇。 “由于其工藝尺寸原因，F(xiàn)OPLP技術指標弱于臺積電的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的用戶努力尋找替代技術�！� 劉宏鈞補充道。 盡管弱于CoWoS技術，但相較于其它傳統(tǒng)封裝技術，F(xiàn)OPLP以其卓越的I/O密度和電氣性能，成為滿足AI計算需求的關鍵所在。 通過RDL工藝，F(xiàn)OPLP技術能夠?qū)崿F(xiàn)高帶寬、高密度的D2D互連，這一特性在AI計算中尤為關鍵，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技術在提升芯片功能密度、縮短互聯(lián)長度以及進行系統(tǒng)重構等方面均展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，這恰好符合AI時代對芯片性能提出的基本要求。
圖源：未來半導體 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)展的需求和走勢來看，高性能計算芯片引入面板級扇出型封裝技術是大致確定的路線選擇。盡管該技術短期內(nèi)無法替代CoWoS，但未來在封測市場的份額比重會逐步增加，以解決當前有機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計算的需求增長、先進封裝技術的發(fā)展、成本效益的考量、技術創(chuàng)新的推動、市場需求的多樣化等，這些因素共同促成了FOPLP技術的異軍突起。 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，預計到2026年將增長到43.6億美元�？梢灶A見，F(xiàn)OPLP技術具備巨大的成長潛力。 “嗅到” FOPLP商機 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，近年來都在積極投入發(fā)展FOPLP這一先進封裝技術，進一步證明了市場對FOPLP技術的廣泛認可和高度期待。 根據(jù)麥姆斯咨詢早些時候發(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(xiàn)有設施和工藝能力，投資面扇出型板級封裝技術，以實現(xiàn)規(guī)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，三星電子對先進封裝技術給予了高度關注，其成立的特別工作小組攜手三星電機成功開發(fā)出面板等級扇出封裝技術，并與臺積電研發(fā)的InFO-WLP技術一較高下，成為第一家進入量產(chǎn)的面板級封裝廠商。
圖源：三星 這一努力在2018年實現(xiàn)了一個新的里程碑，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，F(xiàn)OPLP主要用于移動應用。2020年開始的5G、AI、自動駕駛和服務器需求導致對模塊化和高速數(shù)據(jù)處理的需求急劇增長。 因此，兼顧性能和成本驅(qū)動優(yōu)勢的FOPLP技術可以滿足多芯片封裝方面的這些需求，已經(jīng)逐漸拓展到諸多應用領域。 劉宏鈞向筆者指出：“高端扇出封裝需求主要來自于同時需要晶體管數(shù)量和通訊帶寬的應用領域，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，以實現(xiàn)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�！� 值得關注的是，如汽車中約有66%的芯片可以使用FOPLP封裝技術進行生產(chǎn)，是汽車芯片生產(chǎn)的出色解決方案。 在此趨勢帶動下，力成、群創(chuàng)、日月光等上述廠商逐漸結合自身的工藝能力投資扇出型板級封裝技術的量產(chǎn)。同時國內(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封裝制程的量產(chǎn)基地，正式布局高階封裝領域，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的領導廠家之一。于2019 年底產(chǎn)線建置完成，2020 下半年量產(chǎn)，應用在RF、FEM、Power和Server領域。2022年日月光推出了VIPack先進封裝平臺，提供垂直互聯(lián)集成封裝解決方案。VIPack就是以3D異質(zhì)整合為關鍵技術的先進互連技術解決方案，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，開發(fā)線寬介于2μm-10μm的中高階半導體封裝，為客戶提供更有競爭力的技術和利潤價值。 在頭部大廠的帶動下，中國大陸扇出面板級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)、消費類等多個領域提供高性能、高可靠性的功率芯片及模組解決方案。中科四合是國內(nèi)最早將大板級扇出封裝（FOPLP）技術量產(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(qū)和廈門海滄區(qū)均設有制造工廠，2017年已規(guī)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發(fā)了一套板級扇出封裝工藝和生產(chǎn)線，可實現(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)板級高密封裝技術領域的領先者，主要從事板級系統(tǒng)封測集成電路業(yè)務，載板尺寸為510mmx 515mm，技術平臺可對應2D FO、2.xD、3D PoP、Embedded Die四大板級系統(tǒng)集成技術方案，在芯片偏移控制、翹曲度、RDL等核心工藝指標上已達行業(yè)領先水準。2023年4月，奕成科技高端板級系統(tǒng)封測集成電路項目點亮投產(chǎn)，標志著其首座板級高密系統(tǒng)封測工廠正式進入客戶認證及批量試產(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，面板級封裝技術有效解決了Chiplet封裝成本高昂的問題，更適用于功率類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(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)，客戶認證和試驗量產(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合現(xiàn)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的線路創(chuàng)成工藝（i-FOSATM），具備工藝先進 、成本合理、供應鏈安全的特性，建設國內(nèi)首條高性價比板級扇出型封裝研發(fā)線和示范線，旨在打通Chip-First、Chip-Last、3D/SiP核心工藝。同時，為增加板級封裝技術創(chuàng)新與合作，佛智芯通過建立“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，為客戶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)展還需要更多廠商的參與和投入： 在面板級封裝光刻機領域，日本佳能動作非常快，佳能在錯失超紫外光刻機的機遇后，不會再放過任何一個機會。 在面板級封裝RDL工藝領域，Manz是領跑者之一，2016年Manz開始進軍半導體先進封裝領域，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。 在面板級晶粒貼裝領域，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的同步設計及同步研發(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)驗快速切入FOPLP技術，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、載板廠來說，發(fā)展FOPLP的優(yōu)勢是通過制程知識和設備升級、改造，逐漸向前段制程跨進，快速跨入先進封裝技術市場。 而處于半導體產(chǎn)業(yè)鏈上游的EDA，同樣也在密切關注FOPLP行業(yè)的變化與市場機會。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仿真EDA解決方案，通過完全自主知識產(chǎn)權，大規(guī)�？绯叨鹊姆抡嬉妫珹I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注和入局，有望推動扇出型面板級封裝市場空間的進一步增長。 FOPLP封裝，仍挑戰(zhàn)重重 盡管FOPLP封裝技術開始嶄露頭角，業(yè)界已有廠商實現(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、供應鏈不完善、面板翹曲及設備投入研發(fā)、標準化問題、散熱等種種挑戰(zhàn)，整個行業(yè)尚處于相對早期的階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程仍有待提高。 以設備為例，由于面板級封裝是全新的封裝技術，也需要新的封裝設備加以支持。比如貼片機就是產(chǎn)線改造中最重要的環(huán)節(jié)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動作的路徑更長，對機臺的效率、運動機構的一致性、穩(wěn)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(shù)據(jù)系統(tǒng)不完全兼容，需要對原有產(chǎn)線進行改造。面板級封裝還需要RDL制造設備，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。這也是為什么臺積電、英特爾至今也沒有大肆開發(fā)扇出型面板級封裝。 有專家指出，面板級封裝設備的開發(fā)需要廠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題。 另外，面板級封裝設備廠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，幫助客戶更好地適應先進封裝領域快速的發(fā)展變化，產(chǎn)能可快速在不同工藝需求的產(chǎn)線進行調(diào)配，工藝轉換成本也更低。 板級封裝的難點還在于設備供應商沒有統(tǒng)一規(guī)范，面板尺寸沒有通用標準。主要原因是因為當前需求量還較低，設備供應商沒有太大的熱情來冒險開發(fā)整條產(chǎn)線。 總的來說，要想充分釋放FOPLP這一技術的潛力，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)，對設備和標準的持續(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、AMD、英特爾等芯片大廠的轉向，未來將有望充分釋放FOPLP封裝的技術優(yōu)勢和市場需求，為行業(yè)發(fā)展注入新動力。 |
