随着先进制程演进对芯片性能的提升幅度呈现边际递减趋势,高性能芯片发展面临存储墙、光罩墙、功耗墙等挑战,而先进封装被视为高性能芯片发展的“最佳拍档”。在AI、高端通信电子产品等市场需求驱动下,先进封装领先于传统封装业务,率先走向复苏。
什么是 2.5D封装先进封装是指通过优化连接,在同一个封装内集成不同材料、线宽的半导体集成电路和器件等方式,提升集成电路的连接密度和集成度的前沿封装形式和技术。目前,带倒装芯片(FC)结构封装、晶圆级封装(WLP)、系统级封装(SiP)、2.5D/3D 封装等均被认为属于先进封装范畴,其中2.5D/3D封装增速在先进封装多个细分领域中位列第一。
封装技术演进:从传统封装,到采用硅中介层的2.5D封装,到TSV垂直连接的3D封装。
2.5D封装技术应用始于2010年代,是一种先进的异构芯片封装,能将多颗芯片做高密度的信号连接,集成进一个封装,多应用于PU、 ASIC、 FPGA、 3D NAND、HBM、CIS等。它的主要特征包含三层立体结构:主芯片等多颗芯片长微凸块后倒装;含硅通孔 (TSV) 的介质层制作凸块或锡球后,对应上下两层结构;将介质层倒装到基板上。
在2.5D封装中,TSV硅介质层技术能够实现高密度连接,它通过在芯片上穿孔并填充导电材料,实现芯片内、芯片间以及芯片与封装之间的垂直连接。此外3D TSV难度较高,仅有头部Foundry厂可以做,2.5D TSV通常比3D TSV尺寸更大,密度更小,制作难度更低,目前 OSAT封测厂可以加工。
2.5D封装是实现成本、性能和可靠性的完美平衡。在完成硅介质层中段模块以后,它便能被贴合上封装基板,形成异构性2.5D封装。
封装材料及设备随之受益除了OSAT营收表现转暖,封装材料、设备和测试设备等环节,也受益于先进封装需求,有望在今明两年持续增长。
半导体封装材料经历了2023年的低迷之后,于2024年开始复苏。SEMI研报预计,2025年半导体封装材料的市场规模将超过 260 亿美元,到 2028 年的复合年增长率 (CAGR) 将达到 5.6%。由于该细分市场还比较新,目前单位销量较低,但人工智能预计将推动先进封装应用的增长。
具体来看,半导体封装材料包括基板、导线架、打线等。据SEMI统计,基板是市场收入占比最高的封装材料,其中FCBGA基板是营收增长的主要来源。今年以来,国内多个FCBGA基板项目实现量产或(试)投产,应用领域包括服务器、AI芯片、智能驾驶、交换机等。
AI服务器、HPC等应用对运算能力和连接速度提出更高要求,推动FCBGA基板向更大面积、更高层数迭代。据三星电机介绍,服务器用 FCBGA是半导体基板中技术难度最高的产品,服务器用 CPU/GPU为了应对运算处理能力和连接速度的提升,需要在一个基板一次性安装多个半导体芯片。因此,服务器用 FCBGA比一般 PC用FCBGA的基板面积要大4倍以上,层数也多两倍以上达到20多层。
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