“大”芯片封装,三分天下?

前言:

AI大模型、HPC、5G通信等场景对芯片算力、带宽和能效的需求呈指数级增长,半导体行业正迎来一场深刻的产业变革。

先进封装技术从芯片的[保护壳]摇身一变,成为决定系统级性能的核心竞争力,一场围绕千亿美金市场的[芯]战争已然打响。

作者 | 方文三

图片来源 |网 络 

先进封装千亿市场的增长逻辑

据Yole Group数据,2024年全球先进封装市场规模约为450亿美元,预计将以9.4%的复合年增长率强劲增长,到2030年达到约800亿美元。

另一机构QYResearch则指出,2025年全球集成电路封装市场中,先进封装占比将首次超过50%,标志着封装技术正式进入新时代。

驱动市场增长的核心动力来自三大场景:

①AI芯片与HPC的爆发式需求,GPU、AI ASIC等核心器件必须通过先进封装集成HBM,才能突破[内存墙]限制。

②消费电子的高端化升级,智能手机、平板等设备对芯片小型化、低功耗、高性能的要求持续提升。

③Chiplet技术的成熟,通过将大芯片拆分为多个小芯片再集成,大幅降低先进制程的研发与制造成本,缩短产品上市周期。

从细分领域来看,2.5D/3D封装成为增长最快的赛道,预计到2028年将飙升至258亿美元,复合年增长率高达18.7%。

而倒装芯片封装凭借成熟的工艺和成本优势,目前仍占据先进封装51%的市场份额,形成传统先进封装稳基、2.5D/3D封装领航的市场格局。

三巨头争霸的技术路线与战略博弈

在先进封装赛道,台积电、英特尔、三星凭借各自的技术积累和战略布局,形成了差异化的竞争优势,共同主导全球高端市场。

这场竞争早已超越单一工艺的比拼,而是算力架构、供应链安全、资本开支和生态绑定的综合博弈。

台积电:台积电在先进封装领域的领先地位,与其在晶圆代工领域的霸权一脉相承。

通过CoWoS、InFO、SoIC三大核心技术构建的3D Fabric平台,台积电实现了对从消费电子到AI/HPC全场景的覆盖,成为全球头部芯片设计企业的首选合作伙伴。

作为台积电2.5D封装的核心技术,CoWoS堪称高带宽王者。目前,英伟达H100、H200、GB200系列GPU,AMD MI300系列,Broadcom AI ASIC等高端产品均采用CoWoS或其衍生版本。

在技术迭代上,台积电推出CoWoS-S/R/L三个版本,最新的CoWoS-S5技术已将中介层面积拓展至2400mm²,支持8颗HBM3内存与2颗SoC芯片集成,内存带宽高达5.3TB/s。

CoWoS的成熟度无可替代,但也面临三大核心痛点:

①产能严重不足,被英伟达长期锁死。外媒估计,英伟达一家就占用CoWoS超过一半的产能,瑞银预测2026年其对CoWoS晶圆的需求量将达67.8万片,较2025年增长近40%。

加上AMD、Broadcom等客户的需求,CoWoS已进入排队周期>产品生命周期的极端状态,苹果、高通等企业面临"排不到队"的被动局面。

②成本高昂,大尺寸硅中介层占据封装BOM成本的50%-70%,部分客户出现"封装比芯片本体更贵"的情况。

③热密度管理难题,随着HBM堆叠数量增加,封装区热点进一步集中,给散热带来巨大压力。

英特尔:长期以来,英特尔在制程节点上的落后掩盖了其在先进封装领域的深厚积累。

作为最早布局先进封装的企业之一,英特尔以EMIB和Foveros双平台为核心,构建了覆盖2.5D、3D及混合架构的多元化工艺体系,凭借灵活性、成本优势和本土供应链,成为台积电之外的重要替代选项。

EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)的核心创新在于嵌入式硅桥设计,不使用覆盖整个封装的大中介层,仅在需要高速互联的局部区域嵌入小尺寸硅桥,其他区域通过基板互连。

这种按需部署的架构带来四大优势:

①成本上,硅桥面积小、晶圆利用率高,较CoWoS大幅降低制造成本。

②性能上,避免了大中介层带来的额外阻抗与噪声,保障电源完整性。

③灵活度上,适合定制ASIC、小型Chiplet等多样化需求。

④散热上,局部互联设计便于热量散发。

目前,苹果和高通近期寻找熟悉EMIB技术的工程师和产品管理人才,标志着英特尔封装技术首次进入全球顶级芯片设计企业的审视窗口。

英特尔还在持续扩展EMIB组合,EMIB-M集成MIM电容增强电源传输能力,EMIB-T加入硅通孔(TSV)支持HBM4集成,信号传输速度达32Gb/s。

而EMIB 3.5D技术在单一封装内实现多个3D堆叠模块的高速互连,英特尔数据中心GPU Max系列SoC就采用该技术,集成超过千亿个晶体管和47个有源模块。

英特尔的另一大优势在于本土供应链布局,其在美国新墨西哥州、俄亥俄州、加州等地建设先进封装生产基地。

对于美国本土云厂商、AI芯片企业而言,本土生产+高度可控+不依赖东亚封装的供应链安全优势,远大于单纯的成本因素。

此外,英特尔近期研发的集成散热器分解式设计,可减少30%的翘曲现象,降低25%的热界面材料空洞率,为超大面积封装芯片提供了更优的散热解决方案。

三星:与台积电和英特尔相比,三星在先进封装领域的存在感相对较弱,但凭借在存储领域的优势和差异化技术路线,正加速突围。

三星的战略核心是从HBM供应链反向切入,如果其HBM能满足英伟达等头部客户需求,就能在封装路线选择和系统架构协同上获得更大话语权。

三星的先进封装技术体系分为2.5D的I-Cube和3D的X-Cube两大系列。

I-Cube S采用硅中介层设计,与台积电CoWoS-S架构同源,具备高带宽、高性能优势,适合大功耗芯片。

I-Cube E则借鉴英特尔EMIB技术,采用硅桥+RDL中介层的混合架构,在平衡性能与成本的同时提升良率。

衍生的H-Cube通过ABF基板与HDI基板结合,支持更大尺寸封装与多功能芯片集成。

X-Cube作为三星3D封装的核心,通过TSV技术实现芯片垂直电气互连,分为凸点互连和混合键合两种工艺路径。

其中,混合键合方案采用铜-铜直接键合,三星正推进低于4微米的超精细连接规格,以实现更高密度的3D堆叠。

此外,三星还构建了SAINT技术体系,专为存储与逻辑芯片协同封装设计,其中SAINT-D技术实现HBM的12层垂直堆叠,消除了对硅中介层的依赖,大幅提升集成效率。

在下一代技术竞争中,三星押注SoP(System on Panel)技术,试图通过差异化路径挑战台积电霸权。

SoP的核心创新在于采用415mm×510mm的超大尺寸长方形面板作为封装载体,远超传统12英寸晶圆的有效利用面积,可容纳240mm×240mm以上的超大型半导体模块。

技术架构上,SoP省去PCB和硅中介层,通过精细铜RDL实现芯片间直接通信,显著提升集成度并降低成本。

三星的SoP技术直接对标台积电的SoW技术,目前已斩获特斯拉165亿美元AI6芯片代工订单,若能解决边缘翘曲、量产稳定性等难题,有望将封装环节纳入合作范围。

产业从技术比拼到生态博弈

传统封装市场由日月光、安靠等OSAT厂商主导,但在先进封装领域,格局已彻底改变。

台积电、英特尔、三星等IDM和晶圆代工厂凭借设计-制造-封装的协同优势,占据了高端市场的主导地位。

OSAT厂商并未退出竞争,而是通过与巨头合作、技术升级寻求生存空间。

客户的供应链策略也发生显著变化,为避免单一供应商风险,苹果、高通等企业开始评估多供应商方案,英特尔EMIB技术成为台积电CoWoS的重要Plan B。

英伟达等大客户则通过长期协议、预付款锁定产能,2025年第三季度英伟达长期供应义务增至69亿美元,支付16.4亿美元预付款保障CoWoS产能。

这种主供+备用的多元化供应链策略,将成为未来行业的常态。

随着芯片复杂度提升,单一封装技术已无法满足需求,异构集成成为行业发展的核心方向。

台积电的3DFabric平台、英特尔的EMIB+Foveros组合、三星的I-Cube+X-Cube体系,本质上都是为了实现不同工艺、不同功能芯片的高效集成。

结尾:新技术+新挑战的未来战场

从专利布局来看,国内企业已在硅中介层和热管理解决方案领域实现专利反超,2025年相关专利申请量占全球42%,为技术突破奠定了基础。

随着长电科技、通富微电等企业的技术成熟和产能扩张,国产先进封装正从消费电子、工业控制等中端市场,向AI、HPC等高端市场渗透。

长电科技、通富微电、华天科技等龙头企业跻身全球前十大OSAT,2024年国内先进封装市场规模达698亿元,同比增长18.7%,展现出强劲的发展势头。

不过,台积电凭借CoWoS技术掌控高端市场话语权,英特尔以灵活性和本土供应链分流客户,三星通过差异化路线寻求突破,三巨头的博弈将持续重塑全球市场格局。

部分资料参考:半导体行业观察:《大芯片封装,三分天下》,《三大巨头的先进封装技术对比》,SiP与先进封装技术:《先进封装技术解读|英特尔》,摩尔芯球:《后摩尔时代,先进封装迈向“C位”》,半导体产业纵横:《先进封装的产业逻辑,已经变了》