【编者按】后摩尔时代，随着5G、AI、物联网、大数据及智能制造等技术不断突破创新，业内对于体积更轻薄、数据传输速率更快、功率损耗更小及成本更低的芯片需求大幅提高。而由于单纯依靠精进制程来提升芯片性能的方法已无法满足时代需求，先进封装技术正被视为推动产业发展的重要杠杆。于是，各半导体巨头正拿出”杀手锏”，在先进封装领域掀起一场前所未有的”诸神之战”。
2011年秋，张忠谋毫无预兆的掷出一个震撼弹—台积电要进军封装领域。为此，他请回已从台积电退休的蒋尚义重新掌舵研发，而具体任务落在了余振华肩上。代工龙头进军下游，市场顿时对封测厂的前景打上问号。风口浪尖之时，余振华在公开场合舌战群儒，大力推销台积电的先进封装技术。但封测界累积的不满，终于在一场技术研讨会爆发。
在余振华演讲结束后，一位矽品研发主管发难，”你的意思是说我们以后都没饭吃了？”随着行业气愤逐渐达到冰点，余振华在张忠谋”点拨”后突然在公开场合销声匿迹，埋头攻坚研发。历经两三年时间，余振华不负众望，带领数百人的团队开发出了CoWoS技术。可直到开始量产，真正下单的主要客户只有赛灵思一家，其余客户都觉得价格太贵。
此后，即便辈分极高，”蒋爸”也面临巨大压力：某人夸下海口要了大量资源，但做了个没什么用的东西。而余振华则陷入人生低潮，不仅工作变化大，连家庭也出现状况。然而，转折机会很快来临。某天，在与一位大客户的硏发副总共进晚餐时，对方告诉蒋尚义，这类技术的价格不能超过每平方毫米1美分才能被接受，但CoWoS的价格却超过5倍。
余振华或是一语点醒梦中人，台积电随后决定开发新技术。”我就用力冲冲冲，”余振华决定改用减法，将CoWoS结构尽量简化。不久后的一天，蒋尚义激动地冲进张忠谋办公室，说余振华挖到一个大金矿，开发出了InFO技术。由于InFO具备减少芯片厚度、提高能效、高性价比等特性，自2016年起，台积电借此一举击败三星，连拿三代苹果手机订单。
在技术路线上，InFO与CoWoS都属于晶圆级封装技术，即直接在硅晶圆上完成封装。而为了解决层出不穷的技术难题，台积电也曾付出昂贵学费，5年间产线烧坏几千片昂贵的晶圆。但这些学费也物有所值。在InFO技术开花结果不久后，CoWoS技术开始被英伟达GP100、谷歌AlphaGo和日本”富岳”超算等采用，进而拉开了世界人工智能热潮序幕。
可以说，台积电推出InFO与CoWoS是产业发展的标志性事件之一，拉开了全球持续至今的行业竞赛。过去几年，当业界瞩目各巨头竞争时通常聚焦在先进制程和EUV等技术，但不起眼的封测环节俨然成为台积电甩开三星、英特尔的重要砝码。如今，随着先进封装的地位与日俱增，各半导体巨头正拿出”杀手锏”，掀起一场前所未有的”诸神之战”。
01 台积电：整合创新
在官网关于3D先进封装的介绍中，台积电称，计算工作的负载在过去十年中的发展可能比前四个十年都要大。目前，云计算、大数据分析、人工智能、神经网络训练、人工智能推理、先进智能手机上的移动计算甚至自动驾驶汽车，都在推动计算向极限发展。面对更多样化的计算应用需求，先进封装技术成为持续优化芯片性能和成本的关键创新路径。
基于此，伴随着网络流量的爆炸性增长，数据中心开始向硅光子领域发展。于是，2021年9月，台积电针对数据中心市场推出了其新型先进封装技术COUPE（紧凑型通用光子引擎）异构集成技术，将光学引擎与多种计算和控制ASiC集成在同一封装载板或中间器件上。这一技术能够使组件之间的距离更近，提高带宽和功率效率，并减少电耦合损耗等。
与此同时，基于封装技术的演进，台积电也在不断迭代原来的拳头技术产品。2021年8月，台积电宣布第五代CoWoS先进技术应用并量产，可在基板封装8片HBM2e高速暂存存储器，总容量可达128GB。台积电表示，第五代CoWoS先进封装技术晶体管数量是第三代20倍，同时增加3倍中介层面积，而且使用全新TSV解决方案以及更厚的铜连接线。
02 日月光：亦步亦趋
近年来，自台积电涉足先进封装领域后，对其他封测厂的”威胁论”就不曾间断。其实，台积电在先进封装的策略与传统封测厂有所差异，即主要是绑定先进制程为金字塔顶端客户定制优化的产品，对应产品类别多为HPC及高端智能手机。而封测厂在先进封装的策略大不相同，即在于多样化的封装技术和庞大产能，可为客户提供一站式且平价的解决方案。
虽然长期稳坐传统封装市场龙头地位，但随着使用不同封装技术进行异质芯片整合成为新时代的发展趋势，日月光也在不断加码晶圆级FOWLP技术，以提上在先进封装领域的实力。目前，日月光针对SIP封装有两个明显趋势：一是从单面变成双面，虽然厚度增加但随着技术演进会缩小。二是增加不少异形键，从而不用依赖基板以及使线宽间距做得更优化。
其实，自2014年起，日月光就曾跟随台积电脚步投入FOWLP封装技术研发。最初，日月光采用的是面板级(Panel Level)扇出型技术，但两年后转向晶圆级(WafeR Level)技术发展，并完成研发并导入试产。紧接着，日月光建设了2万片月产能的FOWLP封装生产线，并成功拿下高通及海思大单，成为继台积电之后、全球第二家可以量产FOWLP封装的半导体代工厂。
在经历四年多”缠斗”后，日月光于2020年3月完成对矽品收购，进一步巩固了行业龙头地位及封装技术实力。但为了应对行业激烈竞争，尤其在台积电宣布投资716亿再建一座先进封装厂刺激下，日月光继续发力先进封装：宣布投资逾60亿元在高雄建立先进封装厂，以扩大相关产能规模。这座工厂也是日月光”5年6厂”的阶段性成果，预计2023年完工。
日月光高雄工厂
整体上，经过多年布建耕耘，日月光在先进封装领域已具备不俗实力，可以提供SIP、2.5D &aMp; 3D IC封装及扇出型封装（FAn out）等高端技术，并且在价格、产能、良率及”一站式封装”等方面具备不俗优势。此外，日月光在覆晶封装、焊线封装、面板级封装等方面取得多项研发成果同时，还在5G、感应器、车用电子及智能装置方面不断加大投入力度。
但加大布局投入势必需要资本支撑，于是日月光做出”艰难”的决定。2021年12月1日，日月光宣布将位于大陆的四家封测工厂以14.6亿美元打包出售。至于其中原因，日月光称，此次出售四个工厂，是合并矽品之后首次提出整合集团封测资源，优化大陆市场的战略布局及资源的有效运用，同时获利将强化公司在台湾先进封装技术研发及产能建置。
03 三星：重振旗鼓
无论在晶圆代工还是先进封装市场，三星一直没有放缓追赶台积电的脚步。比如在即将量产的3nM工艺制程及3D先进封装技术领域，三星和台积电竞争越来越激烈，甚至进入全面”战争”状态。目前，三星与台积电在工艺制程方面差距不算很大，但在封装领域仍处于一定劣势。不过，基于在FOPLP和FOWLP技术上全力追赶，三星或将能缩小差距。
此前，三星因具备全球唯一的内存、处理器和封装厂”一体化生产线”优势曾长期独享苹果手机订单，但却不曾想主因先进封装劣势丢了这一肥单。三星也曾成立特别工作小组开发FOPLP技术，但这项技术仅在Galaxy Watch的芯片封装中商用，并无多大建树。而随着台积电通吃苹果新品的可能性愈来愈高，三星毅然加码发力先进封装，并送出”三连击”。
2019年10月，三星宣布率先在业内开发出12层3D-TSV（硅穿孔）封装技术，在保持芯片尺寸的同时增加了内存容量，并将量产24GB的高带宽内存(HBM)。三星方面称，该技术垂直堆叠了12个DRAM芯片，通过60000个TSV孔互连，每一层的厚度仅有头发丝的1/20。由此，三星不忘豪言称，这是目前世界上最精确和最具挑战性的半导体封装技术。
三星X-Cube测试芯片架构
基于不俗的研发实力，2020年8月，三星又宣布推出3D先进封装技术”X-Cube”。不同于以往的多个芯片平行封装，这一技术基于TSV硅穿孔技术，可以将包括SRAM在内的不同芯片垂直堆叠，从而释放空间堆叠更多内存芯片。三星方面称，X-Cube技术已经可以用于7nM及5nM工艺，同时还将满足5G、AI、AR、VR、HPC和移动芯片等领域的性能要求。
此外，到了2021年5月，三星宣布其下一代2.5D封装技术”I-Cube4″即将上市。据介绍，该技术集成1颗逻辑芯片和4颗高带宽内存（HBM），将大幅提升逻辑器件和内存之间的通信效率。与此同时，该技术还在保持性能前提下将中介层做得比纸还薄，厚度仅有100ΜM。但也有专家指出，I-Cube4技术存在寄生参数缺陷及过薄等问题，或将影响产品性能。
目前，随着AI、HPC和网络应用细分市场对规格的要求不断增加，以及安装在一个封装中的芯片数量和尺寸增加或需要高带宽通信，大面积封装变得越来越重要
