據(jù)悉,臺積電董事會近期通過了建設(shè)竹南先進封測廠的決定,選址為苗栗縣竹南科學(xué)園區(qū)。該封測廠預(yù)計總投資額約合人民幣716.2億元,計劃明年年中第一期產(chǎn)區(qū)運轉(zhuǎn)。除了臺積電,中芯國際也與長電科技聯(lián)合設(shè)廠,布局晶圓級封裝。臺積電布局先進封裝有何動機?晶圓大廠持續(xù)加碼封裝業(yè),將對產(chǎn)業(yè)鏈上下游的競合關(guān)系帶來哪些影響?
引領(lǐng)晶圓級封裝
臺積電不僅僅是全球晶圓代工的龍頭企業(yè),也是晶圓級封裝的引領(lǐng)者。經(jīng)歷了十年左右的布局,臺積電已經(jīng)形成了包括CoWoS(基片上晶圓封裝)、InFO(集成扇出型封裝)、SoIC(系統(tǒng)整合單晶片封裝)在內(nèi)的晶圓級系統(tǒng)整合平臺。
臺積電的封裝技術(shù)聚焦于晶圓級封裝方案,與一般意義上的封裝相比,晶圓級封裝最大的特點是“先封后切”。據(jù)應(yīng)用材料介紹,晶圓級封裝是在晶圓上封裝芯片,而不是先將晶圓切割成單個芯片再進行封裝。這種方案可實現(xiàn)更大的帶寬、更高的速度、更高的可靠性以及更低的功耗。
CoWoS是臺積電推出的第一批晶圓級封裝產(chǎn)品,于2012年首次應(yīng)用于28nm的FPGA封裝。CoWoS能實現(xiàn)更密集的芯片堆疊,適用于連接密度高、封裝尺寸較大的高性能計算市場。隨著AI芯片的爆發(fā),CoWoS成為臺積電吸引高性能計算客戶的有力武器,其衍生版本被應(yīng)用于英偉達Pascal、Volta系列,AMD Vega,英特爾Spring Crest等芯片產(chǎn)品。
而InFO封裝,是臺積電在與三星的競爭中脫穎而出并奪得蘋果大單的關(guān)鍵。InFO取消了載板使用,能滿足智能手機芯片高接腳數(shù)和輕薄化的封裝需求,后續(xù)版本則適用于更加廣泛的場景。拓墣產(chǎn)業(yè)研究院指出,InFO-oS主要面向高性能計算領(lǐng)域,InFO-MS面向服務(wù)器及存儲,而5G通信封裝方面以InFO-AiP技術(shù)為主流。
在InFO、CoWoS的基礎(chǔ)上,臺積電繼續(xù)深耕3D封裝。在2019年6月舉辦的日本VLSI技術(shù)及電路研討會上,臺積電提出新型態(tài)SoIC封裝,以進一步提升CPU/GPU處理器與存儲器間的整體運算速度,預(yù)計在2021年實現(xiàn)量產(chǎn)。
臺積電之所以能開展封裝業(yè)務(wù),甚至引領(lǐng)晶圓級封裝的發(fā)展,有兩個層面的原因。一方面,晶圓級封裝強調(diào)與晶圓制造的配合,而臺積電在晶圓制造有著長期的技術(shù)積累,有利于開發(fā)出符合需求的封裝技術(shù)。同時,臺積電本身的晶圓出產(chǎn)量,能支撐封裝技術(shù)的用量,提升封裝開發(fā)的投入產(chǎn)出比。另一方面,臺積電基于龍頭代工廠的地位,具有人才和資金優(yōu)勢。
“臺積電以自身的業(yè)內(nèi)地位,可以聚集全球最頂尖的封測人才,在開發(fā)財力上,也比一般的封測企業(yè)更有保證?!庇蟹治鰩熛蛴浾弑硎?。
打造一站式服務(wù)
在2017年第四季度法說會上,臺積電表示,其CoWoS用于HPC應(yīng)用,尤其是AI、數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域,主要與16nm制程進行配套生產(chǎn);InFO技術(shù)則主要用于智能手機芯片,而HPC與智能手機正是臺積電2017年營收的兩大來源,其中智能手機業(yè)務(wù)收入占比達到50%,HPC占比達到25%。
不難看出,臺積電的封裝布局屬于晶圓代工的“配套業(yè)務(wù)”,主要目標(biāo)是形成與其他晶圓代工廠商的差異化競爭。
“封裝與晶圓制造都是芯片生產(chǎn)中不可或缺的環(huán)節(jié)。隨著技術(shù)的發(fā)展演進,封裝的重要性不斷提升,已成為代工廠商的核心競爭力之一?!痹摲治鰩熛颉吨袊娮訄蟆酚浾弑硎?,“因此,臺積電通過不斷加大封裝中靠近晶圓制造的工藝技術(shù)開發(fā),以提供更完善的一站式解決方案。”
集邦咨詢分析師王尊民向記者指出,臺積電進軍封測領(lǐng)域的原因,主要是希望延伸自己的先進制程技術(shù),通過制造高階CPU、GPU、FPGA芯片,并提供相應(yīng)的封測流程,提供完整的“制造+封測”解決方案。
“雖然晶圓廠需額外支出封測等研發(fā)費用,但此方案卻能有效吸引高階芯片設(shè)計公司下單,實現(xiàn)‘制造為主,封測為輔’的商業(yè)模式?!蓖踝鹈裾f。
同時,在后摩爾時代,制程趨近極限,封裝對于延續(xù)摩爾定律意義重大,越來越引起集成電路頭部廠商的重視。
“摩爾定律的本質(zhì)是單位面積集成更多的晶體管,隨著摩爾定律放緩,廠商需要在封裝上下功夫,通過堆疊或者其他方式在單位面積集成更多的晶體管?!睒I(yè)內(nèi)資深人士盛陵海向記者表示。
“先進封測是未來半導(dǎo)體行業(yè)的增長點,市場前景廣闊,加快推動先進封測布局更能贏得半導(dǎo)體市場的長期話語權(quán)?!狈治鰩熗跞暨_向記者指出,“進入先進封測市場具有較高的資金、技術(shù)門檻,臺積電企業(yè)憑借資金技術(shù)的多年積累,可以快速搶占市場?!?/p>
封測企業(yè)高階市場被擠壓
除了臺積電,中芯國際也基于與長電科技的合作布局晶圓級封裝。2014年,中芯國際與長電科技合資設(shè)立中芯長電,聚焦中段硅片制造和測試服務(wù)以及三維系統(tǒng)集成芯片業(yè)務(wù)。2019年,中芯長電發(fā)布了超寬頻雙極化的5G毫米波天線芯片晶圓級集成封裝SmartAiP,實現(xiàn)了24GHz到43GHz超寬頻信號收發(fā),有助于進一步實現(xiàn)射頻前端模組集成封裝的能力。
“未來封測的發(fā)展方向可能不再局限于以往單獨代工環(huán)節(jié),而是與設(shè)計、材料、設(shè)備相結(jié)合的一體化解決方案,集成電路前后道工藝融合發(fā)展趨勢日益明顯。”王若達說。
頭部廠商不斷加強對晶圓級封裝的布局,會不會影響晶圓與封裝的競合關(guān)系?
王若達表示,晶圓級封裝的出現(xiàn)模糊了晶圓廠和封測廠之間的界限,代工企業(yè)開始擠壓封測企業(yè)空間,并直接進駐高端封測。
盛陵海也指出,曾經(jīng)封裝廠和代工廠之間是完全分工的,但在高端場景上,晶圓廠不得不自行開發(fā)相應(yīng)的晶圓級封裝技術(shù),封測廠要在高端場景保持相應(yīng)的競爭力,也需要具備相應(yīng)的工藝。
臺積電等晶圓廠商在高階市場與封測廠構(gòu)成競爭,也對封測廠的技術(shù)研發(fā)能力和訂單相應(yīng)能力提出要求。
“臺積電對于高階封測的投入,將會壓縮封測代工廠的小部分高階市場。然而,于封測代工廠而言,主力市場仍在其他消費性電子產(chǎn)品中。封測廠商除了積極發(fā)展高階封測技術(shù)以吸引客戶外,鞏固其他晶圓制造廠的訂單來源,將更為重要?!蓖踝鹈裾f。