在半導體產業的歷史長河中，戈登·摩爾是一個不可或缺的名字。去年3月，戈登·摩爾逝世於夏威夷的家中，享耆壽94歲。由他提出的摩爾定律在引領半導體行業發展近60年後，也逐漸走向極限。
摩爾定律預測，積體電路上的電晶體數量每隔約18個月就會翻倍，與此同時，晶片的效能也會持續提升。然而，隨著晶片尺寸的不斷縮小，業界開始面臨前所未有的挑戰。有聲音開始質疑，“摩爾定律是否已經走到盡頭？”
總有人相信，摩爾定律未死。業界巨頭如臺積電、和三星等公司並未放棄，持續投入大量資金、人力和資源，希望在這場奈米尺度的晶片戰爭中取得勝利。
在這場戰爭中，有人不斷研發新的電晶體架構，GAAFET和CFET紛紛出現。與此同時，有人大手筆引入EUV光刻機，大包大攬就希望能夠快人一步。還有人，在積極探索新興的半導體材料，如過渡金屬二硫族化合物和奈米碳管，希望從材料方面獲得更多啟示。
在推摩爾定律的路上，總是充滿荊棘。隨著資金的投入和工藝製程的複雜，很多人意識到，只是單純依靠縮小電晶體來提高晶片效能，已經走到了困境。有人提出：如何在不縮小電晶體的情況下，提升晶片整體效能？關鍵技術在於先進封裝。
先進封裝，如同一座金礦，引得各路英雄競折腰。
01
先進封裝發展到哪裡了？
現階段先進封裝主要是指倒裝焊（Flip Chip）、 晶圓級封裝（WLP）、2.5D封裝（Interposer）、3D封裝（TSV）等。
諮詢公司YoleIntelligence稱，未來，全球先進晶片封裝市場預計將從2022年的443億美元增長到2027年的660億美元。在660億美元中，3D封裝預計將佔四分之一左右，即150億美元。
全球前十的封測廠商中，分別是中國臺灣地區的日月光控股、力成科技、京元電子、欣邦、南茂，中國大陸地區是長電科技、通富微電子、華天科技、智路封測，美國是安靠。
日月光長期坐穩封測第一的寶座，市佔率達到27.6%。日月光正在從自身的封裝技術出發，開始發展出2.5D及3D先進封裝技術。力成科技最近表示，已與華邦電子簽訂合作開發2.5D（Chip on Wafer on Substrate）/3D先進封裝業務之合作意向書，決定共同攜手進軍先進封裝業務。
國內封測Top 3，長電科技、通富微電和華天科技也在發力先進封裝。目前長電科技已經覆蓋SiP、WL-CSP、2.5D、3D等，同時XDFOI Chiplet高密度多維異構整合系列工藝已按計劃進入穩定量產階段。通富微電擁有多樣化Chiplet封裝解決方案，已具備7nm、5nm、Chiplet等先進技術優勢。華天科技同樣已經具備5nm晶片的封裝技術，Chiplet封裝技術也已量產。
除去封測廠商外，臺積電、、英特爾都希望先進封裝能夠成為自己手中的尖刀。
臺積電為先進封裝準備已久。在張忠謀於2011年重返公司之後，就下定決心要做先進封裝。不過由於是半路出家，臺積電先進封裝做得不算順利。在當初引起關注的“扇出型晶圓級封裝”中，英特爾、三星分列專利數第二、三位，臺積電甚至沒進前十。
不過，臺積電小試牛刀推出了CoWoS技術。CoWoS由CoW和oS組合而來：CoW表示Chip on Wafer，指裸片在晶圓上被拼裝的過程，oS表示on Substrate，指在基板上被封裝的過程。理論上，CoWoS可以讓處理器減掉多達70%的厚度。
這個技術首先在Xilinx的FPGA上做了實現，而基於此衍生的InFO封裝則在蘋果處理器上大放異彩，並從此讓臺積電的封裝名揚天下。
蒼天不負有心人，自AI浪潮的開始，高效能計算和人工智慧市場的快速增長，驅動了AMD、英偉達都在爭搶臺積電先進封裝產能，尤其是CoWoS產能。到了現在，臺積電的先進封裝技術包括了TSMC-SoIC、CoWoS和 InFO。
三星同樣將先進封裝看作延續摩爾定律的鑰匙。三星半導體的先進封裝（AVP）技術包括：I-Cube、X-Cube。
I-Cube是一種2.5D封裝技術，透過將單個邏輯晶片層和多個堆疊式儲存器晶片層水平並排放置並整合，實現出色的速度和散熱效能。I-Cube採用三星的矽通孔（TSV）和後道工序（BEOL）技術，讓多個晶片各自的專門功能和諧並存，從而提高效率。根據所用中介層的不同型別，I-Cube可細分為I-CubeS和I-CubeE。
X-Cube是一種3D封裝技術。這種3D封裝技術透過垂直堆疊元件來提高效能，與傳統封裝技術相比，可縮短互連線長度，並節省大量片上空間。X-Cube技術能夠兼顧高效能與低成本、高頻寬與低功耗。
英特爾在先進封裝方面也研究了好幾種方式，部分已經得到廣泛應用，比如EMIB、Foveros，部分已經準備就緒，比如Foveros Omni、Foveros Direct。
EMIB意思是“嵌入式多晶片互連橋接”，原理就像蓋四合院，把不同的晶片放在同一塊平面上相互連線。傳統的2.5D封裝是在晶片和基板間的矽中介層上進行佈線，EMIB則是透過一個嵌入基板內部的單獨的晶片完成互連，可將晶片互連的凸點間距縮小到45微米，改善設計的簡易性，並降低成本。
Foveros是3D封裝技術，原理上也不復雜，就是在垂直層面上，一層一層地堆疊獨立的模組，類似建摩天大樓一樣。就像大廈需要貫通的管道用於供電供水，Foveros透過複雜的TSV矽穿孔技術，實現垂直層面的互連。
02
先進封裝，紛紛擴產
由於晶片短缺和地緣政治緊張局勢，先進封裝變得更加重要。2022年先進封裝市場約佔整個積體電路封裝市場的48%，而且市場份額還在穩步提升。封裝這條路，從傳統封裝走向先進封裝，從舊技術走向新技術，這本應該是順滑過渡，但2023年AI訂單需求的增加，對於先進封裝的需求遠遠大於現有產能。
在AI的浪潮之下，先進封裝領域需求正在呈現水漲船高的局面。這就帶來了先進封裝的產能告急。英偉達等HPC客戶訂單旺盛，客戶要求臺積電擴充CoWoS產能，導致臺積電先進封裝CoWoS產能吃緊，缺口高達一至二成。
面對產能吃緊，不少企業紛紛宣佈擴產。
首先來看臺積電。在先進封裝產能供不應求的情況下，臺積電去年8月宣佈斥資900億元新臺幣（約合人民幣206億元），在竹科轄下銅鑼科學園區設立生產先進封裝的晶圓廠，預計創造約1500個就業機會。
臺積電總裁魏哲家之前曾在法說會提到，臺積電已積極擴充CoWoS先進封裝產能，希望2024年下半年後可舒緩產能吃緊壓力。據瞭解，臺積電已在竹科、中科、南科、龍潭等地擠出廠房空間增充CoWoS產能，竹南封測廠亦將同步建置CoWoS及TSMC SoIC等先進封裝生產線。
在今年，臺積電的產能將比原定倍增目標再增加約20%，達3.5萬片——換言之，臺積電2024年CoWoS月產能將同比增長120%。為了應對溢位的先進封裝產能，臺積電還委外給日月光承接相關訂單，推升日月光高階封裝產能利用率激增。
再來看英特爾。英特爾選擇在馬來西亞擴張自己的先進封裝。英特爾副總裁兼亞太區總經理Steven Long表示，目前英特爾正在馬來西亞檳城興建最新的封裝廠，強化2.5D/3D封裝佈局。這將是繼英特爾新墨西哥州及奧勒岡廠之後，首座在美國之外採用英特爾Foveros先進封裝架構的3D封裝廠。
英特爾表示，其規劃到2025年3D Foveros封裝的產能將達到當前水平的四倍，屆時檳城新廠將會成為英特爾最大的3D先進封裝據點。此外，英特爾還將在馬來西亞另一居林高科技園區興建另一座組裝測試廠。未來英特爾在馬來西亞的封測廠將增至六座。
作為封測龍頭的日月光也宣佈擴產。除了前文提到，日月光已經接受部分臺積電的溢位產能外。日月光在去年12月底，已經宣佈大舉投資先進封裝產能，其子公司將以承租同集團臺灣福雷電子高雄楠梓廠房的方式，擴充封裝產能。有機構預測，2023年裡日月光在封測方面的資本支出，60%都投向了先進封裝。
在2023年的先進封裝激烈競爭中，有一個國家不得不提——美國。2023年11月，美國公佈了《晶片法案》的首項研發投資，劍指先進封裝業。
美國將投資大約30億美元，專門用於資助美國的晶片封裝行業。這項投資計劃的官方名稱為“國家先進封裝製造計劃”，其資金來自《晶片法案》中專門用於研發的110億美元資金，與價值1000億美元的晶片製造業激勵資金池是分開的。
美國商務部表示，美國的晶片封裝產能只佔全球的3%，因此美國製造的晶片往往需要運到海外進行封裝。砸錢買封裝，美國想補齊自己的封裝短板。
美國自家的企業安靠出來站臺。在去年12月，宣佈斥資20億美元在美國亞利桑那州皮奧里亞市建造一座先進封裝廠。蘋果也表示大力支援，官方宣佈將成為半導體封裝大廠Amkor（安靠）位於美國亞利桑那州Peoria新封測廠第一個，也是最大客戶。
03
先進封裝，只是開始
在國內封測龍頭長電科技的全球供應商大會上，其CEO鄭力再談先進封裝領域進展，表示：“10月份，我們和全球知名HPC晶片客戶見面並形成共識，當下所謂的2.5D Chiplet 先進封裝技術，還存在很多物理效能、電效能、可靠效能方面的問題，目前只是一個開始，還沒有到達終點，也沒有到成熟定論的階段。這就給封測企業提出一個非常大的題目，至少有5、6種技術路徑都需要投入開發，需要大量的資金和人力。”
根據Frost&Sullivan預測，2021-2025年，中國先進封裝市場規模複合增速達到29.9%，預計2025年中國先進封裝市場規模為1137億元，佔中國大陸封裝市場的比例將達到32.0%。隨著中國大陸半導體產業發展，先進封裝的滲透率也有望加速提高。
先進封裝早已成為了兵家必爭之地。國內和海外都在同步加大投入，預計3-5年後有望成為先進封裝比較主流的技術。
