摘要：在“后摩尔时代”，随着先进制程技术的升级速度逐渐减缓，并且进一步发展的边际成本不断攀升，先进封装技术正日益成为突破摩尔定律限制、推动半导体行业发展的关键途径。
在“后摩尔时代”，随着先进制程技术的升级速度逐渐减缓，并且进一步发展的边际成本不断攀升，先进封装技术正日益成为突破摩尔定律限制、推动半导体行业发展的关键途径。
图 | 先进封装市场预测
根据Yole发布的数据显示，在AI、HPC、汽车和AIPC的推动下，2023-2029年，先进封装市场的年复合增长率为11%，预计到2029 年将达到695 亿美元。其中，CoWoS等2.5D / 3D先进IC封装技术在2023-2029年间的年复合年增长率为15%，至2029年将占近40%市场，并成为代工厂、封测厂、IDM、芯片设计厂商以及EDA厂商都竞相关注的一环。 然而，CoWoS的全球产能非常紧张，根据台积电方面的消息，至2024年底，台积电CoWoS月产能约3.5万片，2024全年产出约30至32万片；到2025年底，台积电计划将月产能提高至6万片以上，但依旧跟不上AI、HPC、汽车和AIPC等下游需求。 与此同时，CoWoS封装还面临成本的挑战，台积电也在寻求降本的可能，于是CoWoS衍生出了三大种类，分别是CoWoS-S、CoWoS-R和CoWoS-L，其中英伟达前代的产品H100、H200，AMD MI300、英特尔Gaudi 2&3&Falcon Shores、谷歌TPU均采用了性能最高价格也最贵的CoWoS-S；而英伟达最新推出的Blackwell&robin则采用了有重新布线层（RDL）中介层的CoWoS-R；但有时候CoWoS-R不能满足复杂系统的集成，因此有的厂商采用了结合局部硅互连和RDL中介层的CoWoS-L，如AWS inferential、Trainium。 但是，随着芯片越做越大，大芯片的良率不断下降，每片晶圆可切割出的芯片数量越来越少，这一定程度上又逆向推动芯片价格不降反升。 面对以上行业挑战，业界一致认为CoPoS将更好地满足下一代更高密度AI芯片，以及5G通信芯片等所需。因此，我们看到CoWoS的提出者台积电也已对外公开表示其正在推进板级封装。
CoPoS封装有何魅力？首先来解释一下，什么是CoPoS？ CoPoS 是CoWoS的面板化解決方案，作为2.5D封装的另外一种选择，未来先进的技术方向有望将硅中介层替换成玻璃中介层或板级封裝RDL层、BT基板替换成玻璃基板，在各种互连架构中实现的再分配层(RDL)，包括RDL interposer (CoWoS-R/ CoWoS-L)和玻璃芯基板上的RDL（玻璃版的FC-BGA）。 相比CoWoS中的FOWLP（扇出型晶圆级封装），虽然CoPoS 中的FOPLP（扇出板级封装）是后来者，但它可以将多个芯片、无源组件和互连集成在一个封装内，并以重新布线层（RDL）工艺，将芯片重新分布在具有面积利用率优势的方形基板上进行互连，更具产能优势和成本效益。图 | “化圆为方”大势所趋
我们以英伟达的最新的芯片为例，其Die的尺寸是50mm*54mm，一片12英寸的晶圆可以放14颗这样的Die；但有消息称，其正在打样的下一代产品中的Die的尺寸将达到120mm*150mm，那么单片12英寸的晶圆就只能容纳1颗Die。更何况，这么大的芯片，要保障其整体良率是非常困难的，只要在个别点上出现问题，整片晶圆报废。相比之下，板级封装的产能和成本优势都非常明显。 所以，我们看到多年前，三星和日月光在拿不出能和台积电InFO技术抗衡的FOWLP技术后，转投FOPLP技术。虽然，当时这两家大厂的试水都无疾而终，基本没有实际投入运转FOPLP产能，但在前面提到的这些刚需的驱动下，业界并没有放弃FOPLP技术，反而在不断试错的过程中，逐渐发展成熟。 如今，我们看到FOPLP技术已经开始量产，当然目前量产的主要是功率器件、传感器芯片和射频芯片等小面积芯片。而在大面积芯片上，还处于探索阶段。Manz集团亚洲区总经理林峻生先生认为：“1-2年内，FOPLP在大面积芯片上的量产几率很小，3-4年后或有可能。”
CoPoS用上TGV了吗？除了FOPLP外，在CoPoS领域的另一个热词就是TGV（玻璃通孔）。玻璃通孔，即穿过玻璃基板的垂直电气互连。TGV 以高品质硼硅玻璃、石英玻璃为基材，通过种子层溅射、电镀填充、化学机械平坦化、RDL再布线，bump工艺引出实现3D互联，因此被视为下一代3D集成的关键技术。 大家还记得去年9月英特尔宣布推出业界首款用于下一代先进封装的玻璃基板，并计划在2026-2030年间量产，导入到需要较大封装体积的数据中心、AI及绘图处理等相关应用的事情吗？图 | 玻璃载板 vs 有机载板
对此，李裕正博士表示：“与传统的有机基板相比，玻璃具有独特的性能，例如玻璃基板具备超低平坦度、更高散热性和更佳的机械稳定性，有望进一步提高基板互连密度。同时，TGV为具有挑战性且昂贵的硅技术提供了一种成本更低、损耗更低的替代方案。所以，虽然当前TGV主要是用作玻璃芯，但当工艺更加成熟时，或可用TGV替代中介层。” 事实上，Manz亚智科技作为板级封装的主要推动者，已经成功交付了从300mm、500mm、600mm到700mm不同尺寸的RDL工艺量产线，涵盖洗净、显影、蚀刻、剥膜、电镀及自动化设备。今天Manz亚智科技更进一步，正在努力拓展至TGV领域，力图将部分芯片的生产模式从晶圆转向板级，实现“化圆为方”。 值得一提的是，除了AI等大芯片领域外，TGV在5G通信等高频场景也是刚需，因为硅基材料在高频情况下会有漏电和热变形问题，相应的TGV因本身材料优势，可以克服这些挑战。
为什么是Manz亚智科技在推动CoPoS？近日，Manz亚智科技举办了一场以【 “化圆为方”，CoPoS封装赋能芯未来】为主题的FOPLP、TGV、异质整合结构芯片封装技术创新论坛，论坛吸引了众多行业的专家和学者到场，座无虚席，可见行业对CoPoS未来的认可。图 | FOPLP、TGV、异质整合结构芯片封装技术创新论坛现场
有人要问，Manz亚智科技作为一家半导体制程设备商，为何要这么努力去推CoPoS？在笔者看来，这是在锚定方向后，作为先行者的市场教育之路，如果这一道路行得通，那Manz亚智科技也必将在未来收获产业链成长带来的营收增量，这是一种投资未来的方式。 话说回来，Manz亚智科技在推动CoPoS上面是有独到优势的。
图 | Manz亚智科技是RDL专家
对此，林峻生先生表示：“Manz亚智科技在板级技术方面拥有丰富的经验，由于之前做过IC载板、电路板及显示领域的设备，因此在做方形基板，尤其是玻璃基板工艺方面存在很大优势，同时也具备载板的经验；在板级RDL方面也有10年的经验，是这个领域的领导厂商；此外，就像今天的创新论坛一样，我们正在通过生态的力量，和友商进行合作，共同解决客户端面临的问题。” 关于TGV方面，Manz集团亚洲区销售副总经理简伟铨透露：“Manz亚智科技从去年开始投入玻璃基设备的研发，目前在苏州的工厂已经有样品，正在和下游的客户、上下游的设备和供应链企业紧密合作，进行关键验证。” 简伟铨表示：“Manz亚智科技期待年底可以有双面电镀完的结果，并希望未来可以联合生态链上下游串成工艺链，共同助力板级封装量产落地及玻璃基板开发进程。”
CoPoS在中国的推进进度如何？中国半导体行业协会副秘书长兼封测分会秘书长徐冬梅在这场创新大会上表示：“自2024年以来，中国半导体封测行业的市场规模已达数百亿美元。展望2030年，中国对先进封装技 术的投资预计将达到目前的三倍，从而推动整个行业向高端化和专业化迈进。” 所以，在CoWoS供货受限的情况下，中国大陆该如何发展先进封装技术呢？CoPoS或许是个不错的出路。 根据创新论坛上的沟通，国内已经有头部厂商在跟进CoPoS技术，包括FOPLP和TGV，其中就有Manz亚智科技的主要需求方，目前已经在合作打样，并制定行业标准。来源：与非网