引言:当制程微缩变难,芯片如何继续加速?——先进封装是答案!
随着摩尔定律逼近物理极限,芯片制程微缩的难度与成本呈指数级攀升。台积电3nm工艺量产后,2nm研发投入已超300亿美元,但性能提升边际效应显著减弱。
🔺在此背景下,先进封装技术正成为“后摩尔时代”的性能破局点——通过Chiplet异构集成、2.5D/3D堆叠等创新,将不同工艺、功能的芯片“拼接”成高性能系统,实现“1+1>2”的效能跃迁。
⚠️2024年,全球先进封装市场规模达378亿美元,预计2029年将飙升至695亿美元(年复合增长率10.7%),一场芯片性能的二次革命已然爆发。
01
核心趋势解读:三大技术路径重构芯片未来
1. Chiplet:从“单兵作战”到“军团协作”
· 设计灵活性:将大芯片拆解为模块化小芯片(如计算核、I/O单元),采用不同工艺独立制造,良率提升30%以上,成本降低40%。
· 生态协同:
⭐AMD MI300X GPU(8颗Chiplet+4颗HBM)通过3D堆叠,带宽较单芯片方案提升3倍;
⭐英特尔、台积电等联合成立UCIe联盟,推动接口标准化。
2. 异构集成:2.5D/3D封装突破“存储墙”瓶颈
· 硅中介层(Interposer):
在2.5D封装中充当芯片互连“高速公路”,台积电CoWoS技术将GPU与HBM通过硅中介层连接,数据传输速率提升至8GT/s,延迟降低50%。
· TSV(硅通孔):
⚠️3D堆叠的核心技术,通过垂直通道连接多层芯片。三星HBM3内存采用TSV堆叠8颗DRAM,带宽达819GB/s,功耗反降20%。
3. 材料革新:高密度封装的“隐形基石”
先进封装向更高密度、更复杂结构演进,对封装材料的性能提出了前所未有的严苛要求:
导热材料:应对3D堆叠芯片热密度超1000W/cm²的挑战,需采用热导率达200W/mK以上的氮化铝陶瓷基板等高阶材料。
互连材料:焊球间距缩至50μm以下,要求使用熔点低于200℃的纳米银焊膏等材料,避免芯片焊接热损伤。
介质材料:低介电常数(Dk<3.0)的氟化物基板等介质材料,可有效降低信号延迟达30%。
02
技术创新与国产突破
1.封装技术:国产力量崭露头角
天成先进:致力于半导体晶圆立体集成技术的研发与创新,🔺建立了“九重”晶圆级三维集成技术体系,聚焦“纵横(2.5D)”、“洞天(3D)”、“方圆(Micro Assembly)”三大技术。🔺具有高深宽比TSV硅通孔、双大马士革RDL重布线、多芯片集成大晶圆重构、多维互联高密度组装四大前沿工艺,凭借“九重”技术体系的创新架构及完整中道工艺链能力,成为先进封装新势力。
⚠️公司一期建设完成后将具备年产24万片TSV立体集成产品能力,二期建成后将具备年产60万片生产能力,在人工智能、高性能计算、自动驾驶、传感与成像、射频与通信、消费电子及生物医学领域具有广泛的应用。
未来,天成先进未来将迅速成长为具有全球影响力的科技创新企业,为推动我国集成电路产业快速发展贡献力量。
越摩先进:越摩先进作为中国半导体封装国产化突围的关键力量,🔺依托 Chiplet 与 SiP 双技术引擎,通过玻璃基板赋能高密度集成,🔺并结合SiP与2.5D封装的多物理场仿真技术驱动量产。公司提供“设计-仿真-加工”全流程服务,帮助客户优化性能并降低成本,已实现量产的产品线包括SiP、fcBGA、LGA/BGA/fcCSP、QFN/DFN 及 Chiplet 等。未来将持续聚焦 AI/5G/北斗芯片封装,推动封装产能升级,巩固技术优势并推动产能释放,进一步强化国产半导体产业链自主可控能力。
苏州锐杰微:🔺以Chiplet技术为引擎,布局2.5D+FCBGA先进封装,开发“2.5D封装设计和制造工艺创新集成平台”。⚠️通过“双基地+两个全流程”布局,填补国产高端封装设计和产能缺口。以“帮助国内高端核心芯片完成国产化封测”为使命,支撑CPU、AI等加速计算芯片战略领域的自主可控。其技术能力与产能扩张速度彰显“,在政策(苏州百亿集成电路基金)与资本双驱动下,公司正从新锐企业向封测龙头跃进,成为中国突破“后摩尔时代”技术封锁的关键力量。
2. PLP面板级封装:或将成为重塑先进封装竞争格局的关键变量
奕成科技:以“国有产业基因+市场化创新”双轮驱动,聚焦2D FO(扇出型)、2.xD FO(异质异构集成)、FO PoP(堆叠封装)、FCBGA/FCPLP(倒装封装)及Chiplet异构集成方案技术矩阵,🔺攻克≥2μmRDL线宽线距高密布线、大板翘曲控制、芯片对位焊接等业界难题。🔺技术覆盖低密度(移动终端、车载、工业)、中密度(AP+DRAM、 SiP)、高密度(AI/GPU/服务器芯片) 三大产品层级,通过FOPLP技术国产化突围,成为中国突破后摩尔时代封装瓶颈的关键力量。
合肥矽迈:中国半导体先进封装领域的重要创新力量,🔺聚焦基板级封装(PLP)和系统级三维模块技术,以基板扇出型封装(FOPLP)为核心,覆盖扇出型DFN、CSP、五面金属包封、系统级三维模块等,⚠️在半导体国产化浪潮下,矽迈微依托合肥“IC之都”产业链集群(联发科、京东方等),有望从区域龙头升级为全国高端封测核心供应商,重塑中国半导体封装生态。
3.构建全流程工具链协同机制
芯和半导体:🔺以 “系统级仿真”技术为矛 、 “软硬协同”业务为盾 ,聚焦 “异构系统集成” ,以 “仿真驱动设计” 为核心,提供覆盖 芯片→封装→系统→云 的全链路EDA解决方案,🔺支持先进工艺(SoC)与Chiplet先进封通过射频自动化、Chiplet工具链等突破,成为国产EDA自主化的标杆。
硅芯科技:围绕“STCO集成系统设计”进行战略布局,🔺开发SI/PI/电磁/电热/应力等多物理引擎技术,以“仿真驱动设计”的理念,提供从芯片、封装、模组、PCB板级、互连到整机系统的全栈集成系统EDA解决方案,支持Chiplet先进封装,致力于赋能和加速新一代高速高频智能电子产品的设计,⚠️已在5G、智能手机、物联网、人工智能和数据中心等领域得到广泛应用。
德图科技:宁波德图科技有限公司🔺专注于面向集成电路后端系统的 EDA/CAE 仿真设计工具开发。公司致力于打造以先进封装技术为突破,集成硅片、封装与 PCB 架构,并以电磁场、信号完整性(SI)、电源完整性(PI)及多物理场仿真为核心能力的 EDA 设计、分析与优化软件平台,目标成为半导体及集成电路产业的一站式互连系统 EDA 供应商。
创始团队由 IEEE Fellow、知名高校电磁场专家及国际 EDA 系统应用专家组成,具备行业领先的技术开发经验,拥有准确高效的自研算法。
德图科技聚焦于 SI/PI 与多物理场仿真技术,涵盖先进封装、传统封装及 PCB 领域。针对客户需求,德图提供包括应用于大通流场景多物理场、高频高速SI/PI/EMC的“Die–PKG–PCB–System” 解决方案,PDN系统多物理场及PI解决方案以及高速电路SI解决方案,这些解决方案旨在助力缩短研发周期,提升产品稳定性与可靠性。此外,德图专业团队还提供 SI/PI 设计方案与仿真测试等专业技术服务。
🔺2024 年,公司获评高新技术企业,其封装与 PCB 电热仿真工具成功通过浙江省及宁波市首版次软件产品认定。
4.半导体封装新兴技术:TGV玻璃通孔技术与国产化突破
通格微:🔺国内少数掌握TGV核心技术的企业,具备玻璃薄化、微米级通孔(最小孔径3μm)、溅射铜及微电路图形化能力。⚠️公司产业化进展已从技术研发阶段迈向样品验证和小批量生产阶段,展出的TGV样品覆盖4寸、6寸、8寸和12寸晶圆规格,展现了其多尺寸平台的加工能力。随着AI算力芯片对玻璃基板需求的快速增长,通格微有望在先进封装领域获得更大的市场份额。
新创元:专注于IC载板(封装基板)设计、生产和销售,产品涵盖CSP、FCBGA、玻璃基等先进封装基板,应用于存储器、CPU、GPU等多种芯片。🔺核心突破在于自主研发的离子注入镀膜技术(IVD),该技术荣获科技部“全国颠覆性技术创新大赛”最高奖项,是全球首创的专利技术。⚠️新创元开发的玻璃基IC载板已通过国内多个头部企业的测试验证,进入量产上市前的最后准备阶段。
03
elexcon2025 展商亮点
在即将到来的 elexcon2025 深圳国际电子展暨嵌入式展上,众多展商将携先进封装与材料、工艺设备等领域的最新成果精彩亮相。
EDA工具/3DIC设计/OAST:
⭐西门子EDA、Ansys、弘快、道铭微、硅芯、德图、华岭申瓷、天成先进、锐杰微、奕成科技、矽迈科技、越摩先进.......
基板与先进材料:
⭐奥特斯、通格微、新创元、1943科技、太阳油墨、铟泰、四国化成、三井铜箔、贺利氏、伊帕思、索思、群安电子、中科宏晶、中宝新材......
工艺设备:
⭐芯上微装、志圣科技、均豪、均华精密、芯睿、光则科技、群翊、韵腾激光、鸿骐科技、大族激光、锐德热力、正钜、乐普科、泰科思特、ADT先进、允拓、原磊纳米、圭华智能、泰研、鑫业诚、德龙激光、苏科斯、正阳......
此外,还有众多企业也将在elexcon2025上展示各自在先进封装领域的创新产品与技术,elexcon2025深圳国际电子展暨嵌入式展为行业同仁提供一个交流与合作的绝佳平台。
04
展望:标准化与产业化的挑战
尽管先进封装技术展现出了巨大的潜力,但在其发展道路上,仍面临着诸多挑战。
1.标准化方面:
⚠️目前行业内缺乏统一的 Chiplet 接口标准、封装标准等,这使得不同企业的产品之间难以实现互联互通和协同工作,阻碍了先进封装技术的大规模推广应用。
2.产业化方面:
⚠️先进封装的制造成本仍然较高,生产效率有待进一步提升。要实现先进封装技术的广泛应用,需要整个产业链上下游企业共同努力,从材料研发、设备制造、工艺优化等多个环节入手,降低成本,提高生产效率。
💡技术人终将老去,但创新的封装形式,正让芯片获得新的生命维度。
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数据来源:
1: 电子发烧友《从“卡脖子”到自主创新,中国封装材料产业链深度解析》
2: 豆丁网《先进封装工艺研究》
3: 原创力文档《探索2025:先进半导体封装材料创新应用》
4: 环球网《大厂加码先进封装 今年投资总额约115亿美元》
5: 原创力文档《先进封装产业发展现状及趋势》
6: 豆丁网《封装与散热技术升级》