半导体业迈向双万亿时代 这些技术成“胜负手”
半导体业迈向双万亿时代 这些技术成“胜负手”
当2030年半导体产值突破1万亿美元、芯片可集成1万亿个晶体管的“双万亿”目标到达之际,再回想2024年巨头们的排兵布阵和争先恐后,或许均是半导体征程中不可或缺的注解。
2020年半导体规模为4403亿美元,而2030年预计突破万亿美元,十年实现了接近2.3倍的增长,无疑最大的驱动力来自AI,不仅促进了市场的倍数增长,也让先进工艺、先进封装、CPO、背面供电、玻璃基板等技术不断迭代进化,得以促成2030年集成1万亿颗晶体管的梦想“照进现实”。
是的,错过这些新技术就等于错过了未来。背面供电成大杀器
FOPLP成先进封装下一站
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,成本和时间投入也显著增加,由此先进封装也异军突起。通过2.5D/3D堆叠、异构集成等方式,在缩小体积、提升性能、降低功耗等方面发挥关键作用,封装技术已不再仅仅是“后端”的工艺,而是成为推动半导体行业技术进步的重要驱动力。
2023年先进封装全球市场规模达到439亿美元,预计2024年市场规模将增长到492亿美元,同比增长达12%;预计2028年市场规模将达到724亿美元,2022~2028年的复合增速接近9%。
在先进封装技术商业化层面,布局达十多年之久的台积电无疑仍是最大赢家,已相继推出了CoWoS、InFO、SoIC等,在AI浪潮中火爆的HBM让台积电的CoWoS封装“一封难求”。
三星、英特尔也已投身新一代先进封装技术的开发工作。英特尔正在推广其EMIB 2.5D封装技术,结构简单、信号干扰低是EMIB的主要优势。三星自研的先进封装技术和服务包含 I-Cube(2.5D),以及 X-Cube(3D)等。据称三星电子正在开发面向AI半导体芯片的“3.3D”封装技术,并计划于2026年第二季度实现量产。这一技术的开发不仅标志着三星在封装领域的技术突破,也可能为AI芯片市场带来革命性的变化。
除此之外,日月光投控、安靠科技等传统OSAT大厂也在瞄准先进封装这一市场,中国大陆地区的封装厂也在积极布局各类先进封装,并开发出了具有特色的新工艺。
面对未来HPC和AI应用的极端需求,台积电一方面将不断升级,前不久宣布了其下一代CoWoS技术——CoWoS-L的蓝图,计划于2026年推出,将中介层尺寸拓展至光罩极限的5.5倍,总面积达到4719平方毫米,足以支撑12个HBM堆栈,计算性能将提升3.5倍。2027年,将在120x120毫米的基板上实现四层堆叠的SoIC与12个HBM4堆栈以及其他I/O芯片的集成,性能将提升7倍之多。另一方面着力扩建CoWoS产能,但缺口依旧巨大。预估2025年底,台积电CoWoS月产能有机会超过4万片。但还远远不够,仅英伟达一家对CoWoS的需求就超过4.5万片晶圆。
在此背景下,FOPLP成为新晋网红,台积电、三星和英特尔纷纷“站队”,英伟达、AMD也在积极引入,英伟达最快将于2026年导入FOPLP。FOPLP正加速走上AI舞台,迎接属于它的历史时刻。
除先进工艺层面称雄之外,台积电逐渐逼近先进封装市场首位。近日研究机构ALETHEIA断言,台积电不仅是先进制程领头羊,先进封装明年也将起飞,有望成为最大封装服务供应商,堪称半导体产业独一无二的存在。得益于Chiplet架构加速采用,驱动2.5D/3D封装技术进展,台积电2026年先进封装产能将是2023年的十倍,2027年更会达到2023年的15倍。
CPO开启新战场
玻璃基板未来已来
随着摩尔定律的推进,传统的硅基封装技术正面临极限挑战,而先进基板的引入,为封装技术的发展开辟了新的可能性,引领着先进封装技术进入一个全新的纪元。而玻璃基板无疑是最被寄予厚望的新宠,将取代有机基板,将性能、效率和可扩展性提升到新的水平,并成为重塑产业格局、决定未来胜负的重要战场。
在这一领域,英特尔先声夺人,率先宣布推出先进封装玻璃基板,计划于2026年至2030年量产。英特尔表示,已在美国亚利桑那州投资超过10亿美元,用于建设研发产线,此举有助于该公司实现2030年在单个封装上集成一万亿个晶体管的目标。
三星也将玻璃基板视作改变游戏规则的解决方案,年初宣布进军半导体玻璃基板领域,并公布了2024年建立中试线、2025年量产样品、2026年正式量产的路线图。
其他各方势力也在紧追:SK海力士美国子公司Absolics两年前投资约2.22亿美元建设的工厂已竣工,目前已开始试运行,并预计在今年下半年完成客户验证。作为全球第一大基板供应商,日本Ibiden正处于半导体封装用玻璃芯基板技术的探索阶段。日本DNP亦提出了在2027年大规模量产TGV玻璃基板的目标。还有无数的产业链相关企业如PCB厂商、
在玻璃基板的版图中,玻璃通孔(TGV)是支柱之一。此外,玻璃基板和面板级封装(PLP)、FOPLP之间的协同作用也在推动这两个领域的创新。由于这两种技术都采用类似的面板尺寸,因此在提高芯片密度、降低成本和提高制造效率方面具有互补性。
台积电自然不甘人后。随着玻璃基板成为替代有机基板的新一代技术,业界共识是基于玻璃基板的光子集成系统是解决带宽增大、通道数变多的核心技术。为应对这一趋势,台积电已成立玻璃基板技术团队,在积极布局硅光子领域,或将实现硅与光电的跨界整合。三星也亲自下场开发玻璃基板,在CPO方案中或将进行TGV作为中介层的战术部署。
产业链各大巨头纷纷入局,使得玻璃基板对现有方案的替代将加速,预计3年内玻璃基板渗透率将达到30%,5年内渗透率将达到50%以上。
“谁先实现玻璃基板规模商业化,谁就是基板行业新的游戏规则改变者。”这句话所折射的不仅是未来玻璃基板领域的激烈竞赛,更有望重新定义先进封装的格局。
尽管潜在优势显著,但与任何新技术一样,玻璃基板的商业化道路面临着加工、制造、测试、成本等一系列挑战。在此背景下,2024电子半导体产业创新发展大会暨国际电子电路(大湾区)展览会专门开辟了先进基板技术发展论坛,将于11月7日下午在深圳国际会展中心(宝安)6号馆召开。本次论坛将邀请产业链的代表企业、研究领域专家,共同探讨先进基板的应用前景和技术创新,并针对玻璃基板的技术发展与展望、TGV应用、基板材料和失效检测进行深入探讨。
安捷利美维总经理汤加苗将就玻璃芯基板:新一代先进的封装技术进行前瞻分享;东南大学副教授史泰龙将对玻璃基板先进封装技术发展与展望进行高度概括;华南理工大学副教授龙舒畅围绕无机玻璃材料的本构模型、破坏机理及其在工程中的应用进行阐述;蔡司集团高级应用专家王雪丽就显微镜在半导体先进封装缺陷检测中的应用、深圳先进院研究员于淑会就增层胶膜镀铜工艺对结合力的影响将发表精彩观点;上海天承化学副总经理王亚君将就玻璃基板通孔填孔技术展开深入探讨;中科院微电子研究所特聘助理研究员赵静毅面向超大基板的人工智能翘曲预测技术及应用研究进行全面分析。

