先把最容易被混淆的“封装”概念掰碎
很多人对封装的印象,还停留在“把切好的芯片装个塑料壳,引出引脚就能用”的阶段。这话放在十年前,对一半。 传统封装的逻辑确实简单:从晶圆厂拿回来切好的裸片,粘在引线框架上,用细如发丝的金线把芯片的引脚连到框架上,再用环氧树脂塑封成黑块,切筋成型,测好性能就能出货。从DIP、QFN到常规的BGA,全流程都是在后道完成,技术门槛不算高,拼的是产能、良率和成本。 真的。 中国大陆在传统封装领域的产能占比接近全球四成,从低引脚数的工业级封装到高可靠的车规级封装,几乎全品类覆盖,甚至能接到全球最顶级消费电子品牌的订单。这部分我们根本不弱,甚至有很强的成本优势。 但现在行业里抢破头的先进封装,和上面说的传统封装,根本不是一个物种。 它的核心逻辑,是把“系统集成”的环节,从主板直接挪到了芯片封装层面——以前做个电子系统,CPU、内存、接口芯片都是单独的器件,焊在PCB板上靠铜线传信号,线越长,延迟越高,带宽越低。先进封装就是把这些不同工艺、不同功能的裸片,直接放在同一个封装基板上,甚至上下摞起来,用硅通孔(TSV)这种微米级的导电通道把芯片连起来,信号传输的距离从原来的几厘米直接压到几毫米,带宽能翻几十倍,延迟能降一个数量级。 上次跟一个做消费电子的老板聊天,他说不就是把几个芯片粘一块吗,我家十年前的路由器就这么干。我当时差点把手里的冰可乐喷他脸上——粘一块和用微米级的硅通孔把上下两层芯片的信号延迟压到纳秒级,这能是一回事?
现在的封装赛道,早已经不是“后道配角”了
为什么这两年先进封装突然成了整个半导体行业的香饽饽?原因说穿了很现实:先进制程的成本已经涨到了所有厂商都扛不住的地步。 3nm制程的晶圆,单片价格已经接近2万美元,良率还在爬坡阶段,要是把所有功能都堆在一块大芯片上,只要某一个模块出问题,整片晶圆就废了。与其硬着头皮追着制程节点烧钱,不如把大芯片拆成几个用成熟工艺做的小芯片(也就是大家常说的Chiplet),再用先进封装拼起来——整体性能差不了多少,成本能降一半都不止,良率还能大幅提升。 现在全球跑在最前面的玩家,其实早就在这么干了。苹果的M系列芯片用台积电的CoWoS封装把CPU、GPU、缓存拼在一起,AMD的MI300 AI芯片更是把十几个计算小芯片摞成了三层,性能追着英伟达的旗舰卡跑。 我们在这个赛道的位置,其实比大部分人想的好。长电科技、通富微电、华天科技这三家头部厂商,已经能稳定承接2.5D封装的量产订单,通富更是AMD的核心封装供应商,跟着AMD做了快十年的先进封装迭代。 不过话说回来,短板也确实扎眼。整体先进封装的产能规模,还不到头部玩家的三分之一,最卡的不是核心技术,是配套的材料和设备。比如封装用的临时键合胶、超薄光刻胶、低应力塑封料,大部分还是靠进口;前段的超薄晶圆减薄机、高精度临时键合机,国产设备还在客户的产线上做可靠性验证,离大规模量产还有距离。上次跟一个封装厂的工艺主管聊,他说最头疼的不是买不到设备,是每次换国产材料,就要做三个月的温度循环、湿热老化测试,过不了就没法上线,这个时间成本,比买进口料贵多了。
别把先进封装吹成“绕开光刻机的捷径”
这两年网上关于封装的舆论,最离谱的一种说法是:我们不用追EUV光刻机了,靠先进封装就能直接追平台积电的3nm性能。 我每次看到这种言论都觉得特别好笑——合着做芯片的物理规律是给你家开的? 先进封装是拼积木,但积木本身还是要靠光刻做出来的啊。你要是连7nm、5nm的制造能力都没有,拿什么拼?总不能把几个28nm的芯片摞起来,就能跑出3nm的性能吧?这就像你攒电脑,就算把最顶级的主板、电源、散热都备齐了,没有高性能CPU,你能攒出一台旗舰游戏主机? 更现实的风险是,现在国内已经出现了一窝蜂上先进封装项目的苗头。去年底我翻行业报告的时候看到,国内已经备案的先进封装产能,算下来未来三年的总规模,能超过全球同期总需求的一半。这不就是十年前光伏、锂电行业走过的老路吗?没有核心技术、没有客户积累,靠地方政府的补贴圈地建厂,最后拼低价抢单,最后产能过剩,倒一批厂。 还有个容易被忽略的治理问题:3D封装的散热可靠性。以前的芯片是单层的,热量直接通过外壳导到散热器上就行,现在把四五层芯片摞在一块,中间那层的热量怎么散?如果散热设计做不好,用个两三年就出现虚接、宕机,那装在数据中心里的服务器、装在新能源汽车里的智驾芯片,出问题的损失可不是小数。而且现在全球的Chiplet标准,还是跟着台积电的生态走,我们自己的开放标准,目前还没形成足够的全球号召力,做出来的封装如果接不上别人的芯片,那就是自说自话的闭环。 我自己蹲这个赛道快四年了,说几个没什么水分的判断吧。 未来三年,低端传统封装的产能肯定会过剩,那些没有技术迭代、靠低价抢单的小厂,会在两年内出清。先进封装的真正爆发点,不是手机里的消费电子芯片,是AI服务器和车规级功率半导体——AI服务器对带宽的需求是指数级上涨的,传统封装根本满足不了,必须把计算芯片和内存贴得越近越好,这个细分市场的年增速,长期会保持在20%以上。 我们真正的破局点,不是拼谁的CoWoS做的更便宜,是把开放的Chiplet生态建起来——把常用的CPU核心、接口、内存、计算单元,做成标准化的小芯片,不管是国内的厂商还是海外的客户,只要符合我们的标准,就能快速拼出适合自己的系统。这个生态建起来了,封装才真的能成为我们的护城河。 上周从苏州回来,在高铁上翻了翻以前的采访笔记,看到2019年的时候,采访一个封装厂的老板,他说那时候大家都觉得封装是个没技术含量的苦力活,工艺工程师的工资比设计公司低一半都不止。现在呢?做先进封装的资深工艺工程师,年薪已经开到四十万了,还招不到人。 哪有什么捷径啊。 所有你觉得不起眼的环节,等你反应过来要被卡脖子的时候,已经要花十年的功夫去补了。 封装这事儿,急不得。作者|大讲堂
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审核|白杨
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