欢迎访问深圳市中小企业公共服务平台电子信息窗口
先进封装产能吃紧,全球封装巨头早已“暗流涌动”
2024-02-02 来源:贤集网
6713

关键词: 先进封装 芯片 半导体

高性能封装需求旺盛,主要技术市场规模迎来快速增长。根据 Yole 数据,2021—2027 年国际巨头布 局的高性能封装市场规模将从 27.4 亿美元增长至 78.7 亿美元,CAGR 达到 19%。Yole 预计到 2027 年,UHD FO、HBM、3DS 和有源 Si 中介层将占高性能封装市场规模的 50%以上,是市场增长的最 大贡献者。


摩尔定律逼近物理极限,先进封装重要性提升

先进工艺设计成本日渐高昂,先进封装性价比凸显。根据摩尔定律,芯片内部的晶体管数量每隔 18——24 个月翻番,同时性能提升一倍。随着半导体技术逐渐逼近物理极限,晶体管尺寸的微缩也越来 越困难。根据芯东西数据,芯片制程从 65nm 升级到 5nm,其制程提升约 7 代,而芯片设计成本增 长了接近 20 倍,从 0.24 亿美元提升至惊人的 4.76 亿美金。先进制程芯片的开发成本令芯片设计企 业越来越难以承受。



先进工艺进步速度放缓,摩尔定律难以为继。二十一世纪以来,芯片在 2015 年进入 14nm 时代,在 2017 年进入 10nm 时代,在 2018 年进入 7nm 时代,在 2020 年进入 5nm 时代,在 2022 年进入 3nm 时代。根据 TrendForce 数据,台积电预计将于 2025 年推出 2nm 工艺节点。全球芯片制程从 3nm 升 级到 2nm 预计将耗时三年,这比正常的摩尔定律升级时间 18——24 个月要多出一年多的时间,这也反 映摩尔定律越来越逼近物理极限。

随着先进工艺成本的上升和技术升级难度的增加,先进封装被视为延续摩尔定律的重要途径。


人工智能等新兴应用对先进封装需求快速增长

一方面,消费电子等终端产品对设备需求越来越小型化,对应的芯片封装尺寸要求也越来越高;另 一方面,5G、高性能运算、智能驾驶、AR/VR、物联网对芯片的性能提出了更高的要求,对应的芯 片封装密度要求也越来越高。芯片只有提供更小的尺寸和更好的能耗才能满足下游领域的需求。先 进封装凭借更高的互联密度和更快的通信速度,得到愈加广泛的应用。

根据集微咨询预估,在 5G、汽车电子、可穿戴、人工智能、数据中心等应用需求的推动下,2022——2026 年全球封测市场规模将从 815 亿美元增长至 961 亿美元,CAGR 达到 4.2%。

全球先进封装市场规模增速显著高于封测市场规模增速。根据集微咨询预估,2022——2026 年全球先 进封装市场规模将从 379 亿美元增长至 482 亿美元,CAGR 达到 6.2%。其中 ED、3D-Stack、Fan-out 的平均年复合增长率最大,分别达到 24.8%、17.7%、12.0%。未来部分封装技术在特定领域会有进 一步的渗透和发展,如 Fan-out 封装在手机、汽车、网络等领域会有较大的增量空间,如 3D-Stack 在 AI、HPC、数据中心、CIS、MEMS 传感器等领域会有较大的增长空间。根据集微咨询数据,2022 年 全球先进封装占整体封测市场比例约为 47.2%。因为先进封装的成长性好于传统封装,预计到 2026 年全球先进封装占整体封测市场比例将超过 50%。


台积电先进封装产能供不应求

台积电举行法人说明会,法人问及人工智能(AI)芯片先进封装进展,总裁魏哲家指出,AI芯片先进封装需求持续强劲,目前情况仍是产能无法因应客户强劲需求,供不应求状况可能延续到2025年。魏哲家表示,台积电今年持续扩充先进封装产能,今年先进封装产能规划倍增,仍是供不应求,预估2025年持续扩充产能。

AI及高性能运算芯片厂商目前主要采用的封装形式之一是台积电CoWos。天风证券表示,随着AI需求全面提升,带动先进封装需求提升,台积电启动CoWoS大扩产计划,部分CoWoS订单外溢,本土封测大厂有望从中获益。


封装巨头疯狂建厂

不仅仅是传统的封装企业,许多原本专注于代工的企业也开始进军该市场,从台积电的CoWoS,到英特尔的EMIB,再到三星的X-Cube,各类2.5D与3D封装陆续涌现并走向成熟,在封装这片蓝海中,掀起了犹如千帆竞逐的热潮。

而更值得关注的是,为了开拓市场,满足不同客户的需求,巨头们不惜豪掷数十亿乃至百亿来扩建和新建封装厂,一场封装建厂比拼,已经拉开了帷幕。


台积电

台积电在2023年搞定了两家封装厂,一座在竹南,一座在竹科。

首先是已经投入的竹南的先进封测六厂。2023年6月8日,台积电位于竹南的先进封测六厂正式启用,该厂位于竹南科学园区,占地 14.3 公顷,其主要面向下一代高性能计算、人工智能和移动设备等产品,于2020年开始建设,是台积电目前最大的封测厂。

这是台积电首座整合前、后段制程和测试的 All-in-one 自动化先进封测厂,台积电称,这将为 TSMC-SoIC 工艺量产打下基础。

台积电在声明中表示,先进封测六厂将使公司能有更完备且具有弹性的 SoIC、InFO、CoWoS 等多种 3D Fabric 先进封装及硅堆叠技术产能,并对生产良率与产品性能带来更高综效。

台积电指出,该厂无尘室面积大于台积电其他所有封装厂的无尘室面积之和,预计每年可处理超过一百万片 300mm 晶圆 ,每年测试服务时长将超过 1000 万小时。此前,由于先进封装产能严重不足,台积电挤压了大量来自英伟达等 GPU 供应商的订单。



而后是竹科,台积电于2023年7月25日正式确认,因应英伟达、AMD 等厂商对 AI 芯片 CoWoS 等先进封装的需求,将斥资 900 亿新台币在苗栗县铜锣乡兴建先进封装厂。

据透露,新竹科学园区管理局已同意核拨土 7 公顷土地,预定 2026 年底完成建厂,2027 年第 3 季度量产,这座封装厂的月产能为11万片12英寸晶圆的3D Fabric制程技术产能,主要提供「基板上晶圆上芯片封装」(CoWoS), 完工后可创造 1500 个就业机会。

值得一提的是,此前还有消息传出,台积电正计划在台中地区建设第 7 家先进封装和测试工厂,目前正在评估嘉义科学园区和云林,虽然并未得到官方确认,但也从另一个角度体现出了台积电目前先进封装产能的紧俏。


英特尔

英特尔虽然不像台积电那样有大量来自代工客户的封装订单,但它对于封装的需求,却一点也不少。

2021年5月3日,英特尔宣布投资35亿美元,来扩建新墨西哥州的Rio Rancho 工厂,主要是升级该工厂的EMIB 和Foveros 的3D 封装技术,而在今年1月24日,英特尔的Rio Rancho 工厂 Fab 9 正式扩建完成。

英特尔表示,该厂包括了英特尔突破性的 3D 封装技术 Foveros,该技术为组合针对功耗、性能进行优化的多个芯片提供了灵活的选择和成本。位于 Rio Rancho 的 Fab 9 和 Fab 11x 工厂是英特尔 3D 先进封装技术大规模生产的第一个运营基地。这也是英特尔第一个位于同一地点的大批量先进封装工厂,标志着端到端制造流程创造了从需求到最终产品的更高效的供应链。

Fab 9 将有助于推动英特尔先进封装技术创新的下一个时代。随着半导体行业进入在封装中使用多个“小芯片”的异构时代,Foveros 和 EMIB(嵌入式多芯片互连桥)等先进封装技术为实现 1 万亿美元目标提供了更快、更具成本效益的途径芯片上的晶体管并将摩尔定律延续到 2030 年以后。

除了新墨西哥外,英特尔在马来西亚也有布局,目前英特尔在马来西亚拥有4座工厂,分别为槟城和居林(Kulim)的两座封测厂,以及在居林负责生产测试设备的系统整合和制造服务厂(SIMS)和自制设备厂(KMDSDP)。

而英特尔2021年宣布投资200亿美元的IDM 2.0计划,其中有70亿美元将用于马来西亚,目前正在马来西亚槟城和居林分别兴建两座封测厂,其中位于槟城的封测厂未来将生产最先进的3D IC封装Foveros,预计会在2024或2025年启用,这也是英特尔在美国俄勒冈州厂与新墨西哥州厂之后,首座海外Foveros技术的先进3D封装厂。

值得一提的是,英特尔同时也在槟城设有研发中心。换句话说,英特尔在马来西亚的所投资的设施加起来,几乎就是「迷你英特尔」,仅未设有晶圆代工厂,凸显出马来西亚对英特尔至关重要的地位。

除此之外,2023年6月16日,英特尔还宣布,将在波兰弗罗茨瓦投资46亿美元,新建一座先进封测厂,将有助于满足英特尔预计到2027年对封装和测试能力的关键需求。该工厂的设计和规划将立即开始,施工将在欧盟委员会批准之后开始,建成后预计将会创造大约2000个工作岗位。

在英特尔扩大代工范围,允许客户单独采购先进封装后,相信也能更好地利用新建封测厂的产能。


三星

由于HBM的火爆,三星也在四面出击,不断扩大自己的封装产能。

在韩国国内,三星电子斥资105亿韩元收购了三星显示位于韩国天安市的工厂和设备,以扩大HBM产能,同时还计划投资7000亿至1万亿韩元新建封装线。

而在国外,据日媒援引五位消息人士的爆料指出,三星正考虑在日本建立一条芯片封测产线,以加强其先进封装业务,同时与日本半导体材料及设备供应商建立更紧密的联系。

消息人士指出,三星新封测厂的选址可能会在日本神奈川县,因为三星在那里已经有一座研发中心。尽管时间等细节还没确定,但投资额很可能在数百亿日元(约 7,500 万美元)。

三星整体依旧是围绕着HBM展开,人工智能的风潮还未远去,扩建和新建的产线与工厂能让它更好地满足客户需求。


SK海力士

SK海力士与三星类似,目光都集中在了HBM之上。

2023年6月,据韩媒报道称,由于AI半导体需求增加,存储龙头之一的SK海力士正在扩建HBM产线,计划将HBM产能翻倍,其中扩产焦点在于HBM3,SK海力士正在准备投资后段工艺设备,将扩建封装HBM3的利川工厂,预计到今年年末,后段工艺设备规模将增加近一倍。

而在国外, SK海力士此前曾表示,将投资150亿美元在美国建立先进的封装设施,据消息人士透露,该工厂预计将在2025-2026年实现大规模生产,计划招聘1000名工人。此外,该厂将用于封装SK海力士自家的存储芯片和其他美国公司为机器学习和人工智能应用而设计的逻辑芯片。



美光

与海力士和三星相比,位于美国的美光要稍许激进一些,光是去年,美光就有四个扩建和新建的封装厂。

2023年6月16日,美光宣布计划在未来几年对其位于中国西安的封装测试工厂投资逾 43 亿元人民币,公告称,美光已决定收购力成半导体(西安)有限公司(力成西安)的封装设备,并计划在美光西安工厂扩建新的厂房,并引进全新且高性能的封装和测试设备,以期更好地满足中国客户的需求。

此次宣布的扩建的新厂房将引入全新产线,用于制造移动 DRAM、NAND 及 SSD 产品,以强化西安工厂现有的封装和测试能力。据悉,美光筹备该项目已有一段时间,并已启动在西安生产移动 DRAM 的资质认证工作。

2023年6月22日,美光在印度古吉拉特邦投资8.25亿美元,建设新的芯片封装和测试工厂,该工厂将实现DRAM和NAND产品的组装和测试制造,即专注于将存储晶圆转化为球栅阵列(BGA)集成电路封装、存储模块和固态驱动器,并满足国内外市场的需求。

2023年10月,美光宣布其位于马来西亚槟城Batu Kawan新建的封装和测试厂落成。这是该公司位于马来西亚的第二家封测工厂,投资10亿美元。美光表示,未来几年内将继续增加10亿美元的投资,将工厂面积增加到150万平方英尺。扩建后,美光可以提高产能,并进一步加强其组装和测试能力,使其能够提供领先的NAND、PCDRAM和SSD模块,以满足对人工智能、自动驾驶或电动汽车等变革技术不断增长的需求。

2023年11月,美光位于台中的先进封装测试厂(台中四厂)正式建成开幕,该工厂以內存先进封装为主,未来将会是美光发展1-gamma先进制程与HBM3E高带宽內存先进封装的重要基地。


日月光

全球最大封测公司日月光把目光放到了东南亚,开始积极扩充马来西亚封测厂产能,

2022年11月,日月光在马来西亚槟城的新厂四厂及五厂动工,预计2025年完工,两座厂房完工后,总建筑面积将达到200万平方英尺,是既有厂房面积的2倍。日月光当时指出,将在5年内投资3亿美元,扩大马来西亚生产厂房,采购先进设备,训练培养更多工程人才。

而日月光在今年1月公布,马来西亚槟城四厂和新参观中心日前举行启用典礼,槟城四厂主要锁定铜片桥接(copper clip)和影像感测器封装产线,也会布局先进封装产品。目前日月光马来西亚槟城封测厂产品包括导线架封装、打线BGA封装、复晶封装、內存封装、晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)等。

值得一提的事,日月光还在1月19日公告表示,马来西亚子公司投资马币6969.6万令吉(约新台币4.64亿元),取得马来西亚槟城州桂花城科技园土地使用权,因应营运需求,产业人士分析,日月光此次投资项目,也布局先进封装。


安靠

全球排名第二的封测厂商安靠则是四面出击,分别在越南、美国和欧洲建起了新厂。

2023年10月,安靠位于越南北宁省的先进封测工厂竣工投运。据安靠科技介绍,其越南园区位于安丰II-C工业园区内,占地57英亩,将成为安靠科技规模最大的工厂。

此前安靠表示,新工厂的第一阶段将专注于为世界领先的半导体和电子制造公司提供先进的系统级封装(SiP)封装和测试解决方案。第一阶段的投资预估约2.5亿美元,洁净室面积约20000平方米。

2023年12月,安靠宣布将斥资20亿美元在美国亚利桑那州皮奥里亚市建造一座新的先进半导体封装和测试设施,可创造多达2000个就业岗位,预计在未来两到三年内开始生产,该设施将为附近的台积电工厂生产的芯片进行封装和测试。

安靠表示,新厂开业后,苹果将成为第一个也是最大的客户,该厂还会为其他公司提供服务,并将利用该设施来封装其他芯片。新厂的第一期预计将在未来两到三年内投产,其已申请「芯片法案」的补助资金。「芯片法案」的520 亿美元补贴中的至少有25亿美元已指定用于「国家先进封装制造计划」,这座新厂有望取得补助。

今年1月16日,安靠和格芯为葡萄牙波尔图工厂举行剪彩仪式,该仪式将标志着两家公司之前宣布的合作关系正式启动,并强调合作打造半导体晶圆生产的完整欧洲供应链。

格芯表示去年已将50个设备从德累斯顿工厂转移到波尔图的Amkor,首批客户产品已通过格芯设备所需的认证。目前格芯正在将其某些300mm生产线从德累斯顿工厂转移到 Amkor 的波尔图工厂(该工厂已通过 IATF16949 认证),以建立欧洲首个大规模封测厂。



力成

老牌封测厂商力成虽然没有在过去的一年里新建封测厂,却也有意对外扩张,以实现供应链多元化。

力成董事长蔡笃恭今年1月表示:“公司正在评估在日本建立一家高端芯片封装厂的提议,但只有在能找到合作伙伴共同投资的情况下,才会推进这一计划。”

蔡笃恭称,在日本运营芯片组装和封装比在中国台湾更昂贵,因此只有在那里做先进或高端芯片封装技术才更有意义。目前力成正在与客户谈判,以评估他们对投资日本的兴趣。

他指出,在日本经营一家芯片封装厂的成本大约是在中国台湾的两倍。但他以台积电熊本项目为例,说明了合资设厂的优势。“我们认为台积电在日本投资的商业模式是相当成功的,公司正在探索遵循这种模式,这可能使那里的运营更具持续性。如果日本的计划没有实现,公司以后可能会考虑东南亚的扩张目的地。”


长电

国产封测厂商长电科技在过去一年也有了新的动向。

2023年6月21日,长电位于无锡江阴的晶圆级微系统集成高端制造项目新厂房完成封顶。该项目于2022年7月开工,聚焦全球领先的2.5D/3D高密度晶圆级封装等高性能封装技术,面向全球客户对高性能、高算力芯片快速增长的市场需求,提供从封装协同设计到芯片成品生产的一站式服务。项目一期计划于2024年初竣工并投入使用,目前整体建设按计划快速推进。

2023年6月,长电科技与中国(上海)自由贸易试验区临港新片区管委会签订《上海市国有建设用地使用权出让合同》,其拟在闵行开发区临港园区建立长电汽车芯片成品制造封测项目,占地面积约214亩。

该项目占地210亩,建筑面积大概20万平方米,初期计划5万平米的洁净厂房,预计2025年初建成,项目产品涵盖半导体新四化领域的智能驾舱、智能互联、安全传感器以及模块封装类型,全面覆盖传统封装以及面向未来的模块封装以及系统级封装产品。

长电表示,依托集团完备的封装技术系统,长电科技临港项目将建成中国规模最大、最全面的汽车电子芯片制造标杆工厂。


通富微电

国内的通富微电则于近几年迈出了向国外扩张的步伐。

2023年9月,通富微电表示,目前公司位于马来西亚的通富超威槟城新厂房建设进展顺利,预计于2023年内竣工投入使用。

通富超威是通富微电与AMD的合资公司。早在2016年,通富微电就收购了AMD位于马来西亚槟城生产基地85%的股权,并拥有了在马来西亚的封测平台,承接国内外客户高端产品的封测业务。

2023年6月,通富超威槟城启动新厂房建设仪式,项目总体规划投资金额近20亿令吉(约合4.3亿美元)。新厂房将进一步增加对AMD的供应能力。根据通富微电半年报,该公司不仅为AMD等海外客户提供封测服务,并已为AMD大规模量产Chiplet产品。


华天科技

华天科技同样在新建封测厂。

2023年3月,华天科技发布公告称,公司全资子公司华天科技(江苏)有限公司投资28.58亿元进行“高密度高可靠性先进封测研发及产业化”项目的建设。

公告显示,高密度高可靠性先进封测研发及产业化项目将新建厂房及配套设施约17万m2,购置主要生产工艺设备仪器476台(套)。项目建成投产后形成Bumping84万片、WLCSP48万片、超高密度扇出UHDFO2.6万片的晶圆级集成电路年封测能力。项目建设期为5年,从2023年6月至2028年6月,项目采用边建设边生产的方式进行。

华天表示,该项目主要定位于市场需求量大、应用前景好的凸点封装、晶圆级封装、超高密度扇出封装,项目产品主要为Bumping、WLCSP、UHDFO等,应用于5G、物联网、智能手机、平板电脑、可穿戴设备、医疗电子、安防监控以及汽车电子等战略性新兴领域。