在当今全球半导体产业格局发生深刻变革的背景下，先进封装技术正成为行业发展的关键驱动力之一。随着芯片制造工艺不断逼近物理极限，传统封装方式已难以满足日益复杂和高性能的芯片需求，先进封装技术应运而生，展现出强劲的发展势头，并带来了诸多前所未有的机遇，同时也面临着一系列严峻的挑战。今天电子展小编就带你来简单了解下。
先进封装定义与核心特征
先进封装是相对于传统封装而言的新一代封装技术。传统封装主要以引线键合为主，如 DIP（双列直插封装）、SOP（小外形封装）等，其主要功能是对芯片进行简单的保护和电气连接。而先进封装则通过一系列创新技术实现了性能的重大突破：在技术维度上，采用了倒装芯片（Flip Chip）、硅通孔（TSV）、重新布线层（RDL）等先进工艺，实现芯片高密度互连，提升信号传输效率和集成度。在性能维度上，通过三维堆叠和异构集成等技术，能够将多个芯片或不同功能的器件集成在一个封装体内，提高集成度和数据传输速度。从形态维度看，实现了从平面封装向 2.5D/3D 立体封装的转变，控制封装体厚度能够更好地适配便携设备微型化的需求，为智能手机、可穿戴设备等产品的轻薄化发展提供了技术支持。
技术革新驱动市场分化受AI应用等场景的驱动，2.5D&3D封装技术、HBM技术以及Chiplet等先进技术正重塑产业格局。
2.5D 封装技术：以台积电 CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）、英特尔 EMIB 为典型代表。该技术通过引入硅中介层（Silicon Interposer），实现多芯片在同一平面上的横向互联 。在这种封装结构中，多个芯片被放置在硅中介层之上，硅中介层起到了桥梁的作用，通过其内部的硅通孔（TSV）和高密度布线，实现芯片之间的高速信号传输和电气连接。
3D 封装技术：将多个芯片在垂直方向上进行堆叠并实现互联的先进技术，典型技术包括台积电 3DFabric、英特尔 Foveros 。这种技术主要有两种技术路径，即晶圆级堆叠（Wafer-on-Wafer）与芯片级堆叠（Die-on-Die）。晶圆级堆叠是在整片晶圆上进行芯片堆叠和封装，然后再进行切割，适用于大规模生产，能够提高生产效率和降低成本；芯片级堆叠则是将单个芯片逐一进行堆叠和封装，灵活性较高，适用于小批量、高性能的产品。
高带宽存储封装（HBM）：是一种通过 3D 堆叠技术实现多层 DRAM与逻辑芯片垂直互联的先进封装技术。在其技术架构中，多层 DRAM 芯片垂直堆叠在一起，通过硅通孔（TSV）实现芯片之间的高速数据传输，然后与下方的逻辑芯片（如 GPU、CPU 等）进行互联。这种结构使得 HBM 的带宽性能大幅提升，能够满足 AI 训练芯片、高性能计算等领域对海量数据快速传输的需求。
Chiplet 芯粒异构集成技术：将复杂的系统级芯片（SoC）拆解为多个功能相对单一的小芯片，然后通过先进的封装技术将这些芯粒集成在一起，实现系统级的功能，可以降低设计成本、提高产品的生产效率和质量、增强了制程兼容性等。
全球竞争格局与技术趋势目前，先进封装领域的主要玩家多为国际厂商：台积电在先进封装领域占据着领先地位，以其 CoWoS 和 3DFabric 技术为核心，构建了强大的技术壁垒。三星主推 X-Cube 3D 封装技术，该技术通过实现存储与逻辑芯片的堆叠，有效提高了芯片的集成度和性能。英特尔通过 Foveros 3D 封装技术和 EMIB 异构互联技术，构建了 IDM 2.0 战略的重要组成部分。
同时，国内封测龙头企业也在积极突围先进封装领域：长电科技面向 Chiplet 异构集成应用推出XDFOI高密度扇出型封装方案。通富微电推出融合了2.5D、3D、MCM-Chiplet 等技术的先进封装平台VISionS。华天科技拥有 3D Matrix平台，以 Fan-out 封装技术为基础，具备一定的TSV能力，主要应用于5G通信、医疗、物联网等领域。
先进封装带来的机遇
（一）满足高性能计算需求
随着人工智能、大数据、云计算等新兴技术的快速发展，对高性能计算芯片的需求日益增长。先进封装技术能够将多个小芯片集成在一起，形成一个强大的计算系统，从而满足高性能计算的需求。例如，在数据中心中，采用先进封装技术的服务器芯片可以实现更高的计算能力和更低的功耗，提高数据中心的运行效率和经济效益。
（二）助力物联网设备小型化
物联网的普及使得各种智能设备的数量急剧增加，这些设备对芯片的体积和功耗提出了极高的要求。先进封装技术，如系统级封装（SiP），能够将多个芯片及相关元件集成在一个封装内，实现设备的小型化和高性能化。这使得物联网设备可以更加灵活地应用于各种场景，如智能家居、智能医疗、智能交通等领域。
（三）推动芯片产业创新
先进封装技术的发展为芯片产业带来了新的创新机会。它不仅能够提高芯片的性能和集成度，还能够降低芯片制造成本。例如，通过采用 Chiplet 技术，可以将复杂的芯片分解为多个小芯片，分别进行制造和测试，然后通过先进封装技术集成在一起。这种方式可以降低芯片制造的难度和成本，同时提高芯片的良品率和可靠性。
先进封装面临的挑战
（一）技术复杂性增加
先进封装技术涉及多个领域的复杂技术，如芯片设计、制造工艺、封装材料、互连技术等。这些技术之间的协同优化难度较大，需要企业具备强大的研发能力和技术整合能力。例如，在异构集成中，不同工艺节点的芯片之间的互连和散热问题是一个技术难题，需要解决芯片之间的信号传输延迟、功耗控制以及散热管理等问题。
（二）成本控制难度大
虽然先进封装技术在某些方面可以降低芯片制造成本，但在封装环节本身，其成本仍然较高。例如，高密度互连技术需要采用更先进的设备和材料，增加了封装成本。此外，先进封装技术的复杂性也导致了良品率的降低，进一步增加了成本。因此，如何在保证封装性能的前提下，有效控制封装成本，是企业面临的一个重要挑战。
（三）标准和规范不完善
目前，先进封装技术仍处于快速发展阶段，相关的标准和规范还不够完善。这给企业的研发和生产带来了一定的困难，也影响了市场的健康发展。例如，在异构集成中，不同企业之间的芯片接口标准不一致，导致了兼容性问题。因此，建立健全先进封装技术的标准和规范体系，是推动产业发展的关键。
在全球半导体产业变革的浪潮中，先进封装技术正展现出巨大的发展潜力。它不仅能够满足高性能计算、物联网等领域的芯片需求，还能够推动芯片产业的创新和发展。然而，先进封装技术也面临着技术复杂性增加、成本控制难度大以及标准和规范不完善等挑战。电子展小编认为，企业需要加强技术研发和创新，提高技术水平和成本控制能力，同时积极参与标准和规范的制定，共同推动先进封装技术的健康发展。
文章来源：半影光学