突破摩尔定律极限!先进封装将迎来高光时刻

财富   2024-12-30 06:30   北京  

机构预测,2026年全球封测市场规模将有望达961亿美元,先进封装市场规模将达522亿美元,占比提高至54%。先进封装在算力时代重要性逐步凸显,相关产业链有望持续受益。

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先进封装技术提高芯片性能并降低成本

摩尔定律自1965年提出以来,一直是半导体行业的重要指导原则,预测集成电路上晶体管数量每18到24个月翻一番,处理器性能每两年翻一倍,价格减半。然而,随着技术发展进入3nm时代,摩尔定律正面临物理极限和生产成本的双重挑战。

根据IBS的数据,16nm工艺的芯片设计成本为1.06亿美元,5nm增至5.42亿美元。同时,由于先进制程越来越接近物理极限,摩尔定律明显放缓,侧重封装技术的MorethanMoore路径越来越被重视。

什么是先进封装技术

先进封装技术包括FO(扇出型封装)、WLCSP(晶圆级芯片规模封装)、FCCSP(倒装芯片级封装)、FCBGA(倒装芯片球栅阵列封装)、2.5D封装、3D封装、ED(芯片封装)、SiP(系统级封装)等。相比传统封装技术,先进封装由有线变为无线,从芯片级封装拓展至晶圆级封装,从单芯片封装拓展至多芯片封装,从2D封装拓展至2.5D/3D封装,从而缩小封装体积、增加I/O数、提高集成度和性能,并降低成本。

其中Chiplet(芯粒/小芯片)是后摩尔时代的重要路径,相比SoC,具有更高的灵活性、可扩展性和模块化。Chiplet技术通过先进封装方法将不同工艺/功能的芯片进行异质集成,其核心思想是“先分后合”,即先将单芯片中的功能块拆分,再通过先进封装技术集成为大的单芯片。这种技术提高了工艺良率、降低了成本、提高了灵活性和可扩展性,尤其适用于高效能运算处理器的需求。

根据martket.us的预测,全球Chiplet市场规模将由2023年的31亿美元增长至2033年的1070亿美元,CAGR约42.5%。

2.5D/3D封装技术提供了更高的互连密度,可以集成更多芯片模块,有助于提升芯片效能,降低系统功耗。例如,台积电的CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)技术,通过硅转接板上的高密度布线进行互连,实现了封装体积小、性能高、功耗低的效果。英特尔也展示了用于先进封装的异构集成解决方案——选择性层转移(Selective Layer Transfer, SLT),可以在芯片封装中将吞吐量提升高达100倍,实现超快速的芯片间封装。

因此,尽管摩尔定律可能在传统意义上逐渐失效,但通过先进封装技术的发展,半导体行业仍在寻找新的方法来提升芯片性能和降低成本,这些技术的发展显得尤为重要。

先进封装市场规模正迅速成长

先进封装的重要性不用多说,据预测,先进封装有望用不到一成数量,支撑起超过50%的封装市场规模。由于高性能芯片的设计成本日益提高,通过先进封装技术,提高半导体产品性能成为最优路径之一,像台积电的CoWoS先进封装就已经供不应求。2021-2027年,全球先进封装市场规模从374亿美元增至650亿美元,正迅速成长。

甬兴证券预测,2026年全球封测市场规模将有望达961亿美元,先进封装市场规模将达522亿美元,占比提高至54%。先进封装在算力时代重要性逐步凸显,相关产业链有望持续受益。

国信证券认为,全球半导体封装行业保持稳定增长,先进封装市场规模将于2027年首次超过传统封装。

根据SemiconductorEngineering预测,全球半导体封装市场规模将由2020年650.4亿美元增长至2027年1186亿美元,复合增长率为6.6%。先进封装复合增长率超过传统封装,有望于2027年市场规模超过传统封装,达到616亿美元。

重点企业梳理

台积电:2008年成立集成互连与封装技术整合部门,专门研究先进封装技术,重心发展扇出型封装InFO、2.5D封装CoWoS和3D封装SoIC。在AI强劲需求背景下,台积电CoWoS产能持续紧张,除持续扩产外,台积电也积极与OSAT厂商合作。台积电表示未来只会专注最前沿的后道技术。

三星:提供2.5D封装I-Cube、3D封装X-Cube等,2022年12月在半导体业务部门内成立先进封装(AVP)业务团队,2024年7月AVP业务团队重组为AVP开发团队,以加强2.5D、3D等先进封装技术。

英伟达:H100、A100、B100均采用CoWoS封装。

英特尔:提供2.5D封装EMIB、3D封装Foveros等。

在国产替代背景下,研究君梳理出了A股几家重点布局先进封装的公司。

长电科技(600584):积极推动传统封装技术的突破,率先在晶圆级封装、倒装芯片互连、硅通孔等领域中采用多种创新集成技术,以开发差异化的解决方案,推出的2.5D/3D集成解决方案包括堆叠芯片封装、层叠封装、封装内封装、2.5D/多芯片eWLBQFP-SD等。

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