后起之秀FOPLP,重塑先进封装新格局

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在人工智能(AI)、高性能计算(HPC)等高算力需求暴增、前段制程微缩日趋困难下,先进封装已成为超越摩尔定律、提升芯片系统能效的关键途径。其中,扇出型面板级封装(FOPLP)因其更低成本、更大灵活性等独特的优势,正逐渐成为先进封装技术的后起之秀。

以英伟达为例,为解决最新GB200的供应问题,供应商积极扩充CoWoS产能仍不能满足需求,市场传出英伟达将原本2026年才要导入实施的FOPLP技术提前至最快2025年上线。且在第二季度起,AMD等厂商积极接洽台积电和封测厂,讨论以FOPLP技术进行芯片封装,带动业界对相关技术更加关注。

市调机构TrendForce(集邦咨询)分析,FOPLP技术目前有三种主要应用模式,包括OSAT(封装测试)厂商将消费级IC封装从传统方式转换至FOPLP、晶圆代工厂和OSAT将AI GPU的2.5D封装从晶圆级转换至面板级以及面板厂商跨足消费IC封装领域。这凸显产业链各环节对FOPLP技术的积极布局,三星、日月光、台积电、三星等纷纷扩产或推动研发,以把握目前爆发的市场商机。

群创获NXP、ST订单产能已满载 着手启动第二期扩产

早在2017年,群创在中国台湾A+计划支持下,便已布局FOPLP技术,费时7年,总投资超20亿元新台币。目前,积极推动“More than Panel(超越面板)”转型策略的面板大厂群创,将最小世代TFT厂(3.5代厂)华丽转身变为全球最大尺寸FOPLP厂。因沿用70%以上已折旧完毕的TFT设备,该厂也已成为最具成本竞争力的先进封装厂。

群创以面板产线进行集成电路(IC)封装,得利于方形面积,相较晶圆的圆形有更高的利用率,其利用率可达95%。群创以业界最大尺寸3.5代线扇出型面板级玻璃基板开发具备细线宽的中高端半导体封装技术,产出芯片的面积将是12英寸晶圆的七倍,因此更易抢占FOPLP市场先机。

群创目前建设了一条FOPLP生产线,一期产能小,约1.5万片,锁定电源管理IC产品。群创证实,FOPLP产品线一期产能已被订光,规划本季量产出货。市场传出,群创的先进封装两大客户为恩智浦(NXP)和意法半导体(ST Microelectronics),两大客户锁定车用与电源管理IC领域,群创初期Chip-First制程产能满载,今年准备启动第二期扩产计划,为2025年扩充产能投入量产做好准备,目标月产能扩充3000至4500片。

合作伙伴方面,英特尔先前已宣布推出下一代基于玻璃基板的先进封装方案,将用于更高速、更先进的数据中心、AI、图形处理等高端芯片封装,或于2026年至2030年之间推出。业界传出英特尔正积极拉拢合作,群创后市可期。

群创总经理杨柱祥此前表示,希望转型、改变消费类电子产业的循环,先进封装做的是服务业,可以缓冲掉液晶循环波动对损益造成的影响。

台积电探索矩形面板状基板封装 标志其“重要技术转变”

台积电2016年开发命名为InFO(整合扇出型封装)的扇出型晶圆级封装(FOWLP)技术,该技术早期应用于iPhone 7所使用的A10处理器。由于AI芯片所需面积更大,扇出型封装人气大增,采用玻璃基板的FOPLP技术更随之兴起。

近日有消息称,台积电正与设备和原料供应商合作,研发新的先进芯片封装技术,利用类似矩形面板的基板进行封装,来取代传统圆形晶圆,从而能在单片晶圆上放置更多芯片。

报道称,该研究处于早期阶段,可能需要“几年”才能商业化,但它代表了台积电的重大技术转变,此前台积电认为使用矩形基板太具挑战性。

知情人士透露,目前正在试验的矩形基板尺寸为510mm×515mm,可用面积是目前12英寸圆形晶圆的三倍多。台积电先进的芯片堆叠和封装技术(CoWoS)采用12英寸硅晶圆,这是目前最大的硅晶圆。台积电正在扩大其先进芯片封装产能,但仍供不应求。台积电进军PLP(面板级封装)研究,被解读为是对其CoWoS技术长期存在的供应瓶颈问题的回应。

台积电先前回应称,公司将密切关注先进封装技术的进展与发展,包含PLP技术。

抢先台积电 三星已踏足面板级封装

近日韩媒报道称,三星在半导体封装行业取得重大进展,领先台积电踏足PLP领域。

三星电机于2016年投资2640亿韩元在忠清南道天安建立生产线并开始PLP项目;2018年,三星电机通过为三星Galaxy Watch推出具有扇出型嵌入式面板级封装(ePLP)PoP技术的APE-PMIC设备,实现新的里程碑;2019年,三星以7850亿韩元(约合5.81亿美元)从三星电机手中收购PLP业务,这一战略举措为其当前的进步奠定了基础。

2023年,三星旗下负责半导体业务的DS部门的先进封装(AVP)业务团队开始研发将FOPLP先进封装技术用于2.5D芯片封装上。目前,三星已为移动或可穿戴设备等需要低功耗存储集成的应用提供FOPLP。

据悉,三星最初有使用510mm×415mm尺寸的面板制造FOPLP,也开发有高达800mm×600mm的面板。

今年3月的股东大会上,三星电子DS部门前负责人Kyung Kye-hyun详细阐述了PLP技术的必要性。他说:“AI半导体芯片的尺寸通常为600mm×600mm或800mm×800mm,因此需要PLP之类的技术。”

此外有消息称,三星AVP部门正在开发面向AI半导体芯片的新型“3.3D”先进封装技术,目标2026年第二季度实现量产。

据悉,三星通过“重布线层(RDL)技术”而不是硅中介层来连接逻辑芯片和高带宽存储器(HBM)。三星试图更进一步,同时实施3D堆叠技术,将逻辑芯片堆叠在计算所需的LLC之上,三星将其命名为“3.3D封装”。据称,三星还将在其3.3D封装中引入PLP技术。

英伟达、AMD等与日月光联系 希望获FOPLP产能支持

作为封装领域的世界巨头,日月光也是最早布局扇出型技术的领导厂家之一。2019年底,日月光FOWLP产线建设完成,2020下半年量产,主要应用在射频(RF)、射频前端模组(FEM)、电源(Power)和Server领域。

近日,消息人士称英伟达和AMD已经与日月光联系,希望获得FOPLP封装产能支持。然而目前的挑战是,市面上的大多数半导体封装设备多用于晶圆级封装,除非有强烈需求,否则设备厂商不太可能投入FOPLP设备制造。

知情人士援引一些设备供应商的表述,如果2025年的需求清晰可见,那么2024年就可能小批量生产FOPLP封装设备,该技术真正投入量产可能要等到2025年下半年或2026年。

对于FOPLP技术,日月光在6月底的股东会上表示,该技术成本更低,产量更高,也有分高低端技术,客户群有所不同,市场的接受程度正在增加,未来市场的技术种类将朝向多元发展。

在股东会上,日月光首席运营官(COO)吴田玉表示,到2025年AI先进封装需求持续强劲,今年AI相关CoWoS先进封装营收,会比原先预期增加2.5亿美元以上,包括CoWoS等先进封装测试营收占比可提高,加速营收复苏。今年也将大幅增加资本支出并大比例用于封装业务,尤其是先进封装及智能生产布局。

除了以上提到的厂商之外,封测厂力成科技位于新竹科学园区的全自动Fine Line FOPLP封测产线,于今年6月进入小批量生产阶段。业内人士透露,力成科技已获得联发科电源管理IC封测订单。韩国Nepes于2014年开始开发FOPLP技术,2021年其在Cheongan Campus PLP的工厂竣工,并推出了首个使用600mm×600mm面板的FOPLP业务并全面量产,该工厂年可生产多达96000块基于600mm PLP的面板,但目前,Nepes的FOPLP封装工厂已停止运营并计划出售。

中国大陆封装厂顺势而为 多家企业具备生产能力

中国大陆厂商顺势而为,目前多家厂商已经量产或具备生产能力。如华润微电子、奕斯伟、天芯互联、中科四合、合肥矽迈微电子、广东佛智芯等都已切入FOPLP技术。

华润微电子:华润微电子于2018年成立矽磐微电子(重庆)公司从事PLP业务,PLP技术有效解决了Chiplet封装成本高昂的问题,更适用于功率类半导体封装异构集成化。据悉,矽磐拥有先进封装领域的市场、设计、设备、工艺和材料等各个环节的世界级团队,可为客户提供全方位扇出型封装技术解决方案——ONEIRO封装。目前,矽磐微电子FOPLP代工产线规划为月产能5万片。

奕斯伟:成都奕成科技有限公司成立于2017年,是北京奕斯伟科技集团生态链孵化企业。其服务涵盖封装设计、芯片封装、芯片测试。可以提供2D FO、2.xD FO、FOPoP、FCPLP等先进系统集成封装。

天芯互联:深南电子旗下全资子公司天芯互联依托系统级封装(SiP)和FOPLP平台,为客户提供高集成小型化的半导体器件模组封装解决方案和半导体测试接口解决方案,产品广泛应用于高端医疗、工控、通信、半导体测试等领域。

中科四合:中科四合致力于建设面板级功率芯片扇出型封装工艺制造平台,并以此平台为基础开展先进扇出型封装工艺技术研究与功率芯片/模组产品研究,面向消费类电子、工控、汽车电子、通信/服务器、医疗等各种不同领域客户进行新型高密度功率芯片/模组产品研发、制造、销售,产品类型涵盖TVS、MOSFET、SBD、Bridge、DC-DC、IPM等多种器件和模组。目前,中科四合已量产基于FOPLP的DFN类TVS系列产品。

合肥矽迈微电子:合肥矽迈微电子成立于2015年,主要从事半导体先进封装相关产品的研发、生产和销售。项目一期投资6.5亿元人民币,总建筑面积38470平方米。根据查询信息,目前矽迈微电子的封装产线主要是传统封装为主,产能规划年产14.4亿只,3D封装规划年产6.4亿只。在FOPLP方面,矽迈微投产了国内首条FOPLP产线。

广东佛智芯:广东佛智芯微电子在2018年8月注册成立,联合华进半导体、汇芯通信、安捷利、中科四合等行业上下游企业,重点围绕先进FOPLP工艺、封装测试装备、封装材料等开展技术攻关,成为持续创新的FOPLP优质服务商。该公司结合现有半导体制程工艺设备和后道载板制程工艺装备的优势,打造半加成法扇出型封装先进的线路创成工艺(i-FOSATM),建设国内首条高性价比FOPLP研发线,基板最大尺寸615mm×625mm。

华天科技:华天科技通过其控股子公司盘古半导体,于2024年6月正式启动多芯片高密度FOPLP产业化项目,该项目总投资高达30亿元,计划分两阶段建设,预计于2025年部分投产,标志着华天科技在先进封装技术领域的又一重要布局。

写在最后

FOPLP技术的优势及劣势、机遇及挑战并存。FOPLP采用大型矩形基板替代传统圆形硅中介板,封装尺寸大,可提高面积利用率降低单位成本,弥补当下CoWoS先进封装产能不足的问题。但目前产业的发展还不够成熟,仍受到良率产量、供应链不完善、面板翘曲及设备投入研发、标准化、散热等种种挑战,整个行业尚处于相对早期的阶段。

产业合作方面,AMD与力成、日月光洽谈PC CPU产品、高通与日月光洽谈PMIC产品有所进展,AMD及英伟达与台积电、矽品在洽谈相关产品合作。但由于技术挑战,相关厂商对先进封装技术转换尚处评估阶段,产业应用发展进程仍待加速。

集邦咨询最新报告指出,目前备受瞩目的FOPLP将率先应用在消费类IC,量产时间为2024年下半年至2026年,FOPLP用于AI GPU则要到2027年至2028年,FOPLP技术商业化进程仍存在高度不确定性。但可以肯定的是,随着FOPLP量产的实现,先进封装的市场格局将会重塑!

(校对/孙乐)

责编: 李梅
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