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谈球吧·“矩形战士”FOPLP:接过CoWoS的枪做AI的光

时间 : 2024-11-15 09:06:10

  消息人士指出,为打破CoWoS产能吃紧,“独霸”AI先进封装的局面,英伟达最快将于2026年导入FOPLP,英特尔、AMD亦纷纷“站队”,带动日月光、力成、群创等产业链相关厂商加速布局。眼下,被市场看好的FOPLP正加速走上AI舞台,迎接属于它的历史时刻。

  谁也想不到,在人工智能芯片市场上“杀疯了”的大厂,竟被CoWoS堵住去路,扼住产能的咽喉。台积电董事长魏哲家日前表示:“AI芯片带动CoWoS先进封装需求持续强劲,今年CoWoS产能超过倍增,仍严重供不应求,明年很可能会持续紧缺。”

  作为2.5D/3D封装技术佼佼者,CoWoS与AI GPU上所需的HBM(高带宽内存)相辅相成,随着市场对人工智能芯片需求旺盛,曾经昂贵到“一无是处”的CoWoS变得炙手可热。以英伟达为例,其A100、A800、A30、H100、H800、GH200等芯片均依赖台积电CoWoS-S封装技术,还包括AMD、博通等公司。因此当CoWoS产能受限,首先感到痛苦的就是AI芯片大厂。

  TrendForce集邦咨询指出,台积电CoWoS先进封装厂在中国地区的主要分布在桃园龙潭(扩充CoWoS)、新竹竹科、苗栗竹南、苗栗铜锣、台中中科、嘉义嘉科台南南科(接收龙潭InFO产能调配)。其中,台积电在嘉义科学园区建设两座CoWoS先进封装厂,第一座P1厂已于5月动工,但挖到疑似遗址,目前已先暂停P1厂施工,并同步启动第二座CoWoS厂(P2厂)工程。

  2024年,台积电CoWoS产能划分中,英伟达占比超50%,博通居次,其他产能则由AMD、赛灵思、亚马逊、世芯-KY、美满电子等分去。据传为解决CoWoS产能问题,英伟达CEO黄仁勋曾在6月到访台积电总部,与董事长魏哲家、创始人张忠谋会面,要求台积电为英伟达建立一条专用的CoWoS产线。这一提议遭到台积电高层质疑,场面一度紧张。

  尽管台积电对CoWos作出扩产动作,但供应紧张仍然是不争的事实。业内人士分析,今年底台积电CoWoS月产能将提升至超过3万片,台积电以外供应商月产能可提升至5000片,预估2025年底,台积电CoWoS月产能有机会超过4万片。但这远远不够,仅英伟达一家对CoWoS的需求就超过4.5万片晶圆。

  在此背景下,FOPLP悄然崛起。据媒体报道,英伟达、AMD已和封装厂商日月光洽谈FOPLP封装产能的支持,而台积电、三星和英特尔也开始切入FOPLP相关技术的研究。

  2017年11月21日,时任台积电董事长的张忠谋曾指着身旁记者手中的iPhone说:“这个就有InFO(集成式扇出型封装),从iPhone 7就开始了,现在继续在用,iPhone 8、iPhone X,以后别的手机也会开始用这个技术。”

  张忠谋提及的InFO封装技术在2016年开发,此后成功地应用在苹果iPhone7的A10应用处理器上,此后专业封测代工厂(OSAT)竞相发展扇出型封装技术两大分支——FOWLP(扇出型晶圆级封装)、FOPLP(扇出型面板级封装)。

  通俗地讲,FOWLP一般直接在晶圆上进行大多数或全部封装测试程序,再进行切割制成单颗组件,较传统封装提供更小的封装尺寸;FOPLP最大的不同在于,从原本制程的改变到直接将基板材质变成“玻璃材料”,可容纳更多I/O数,且效能更强大。

  两者对比,FOPLP的优势主要为:1)12寸晶圆的面积为70659 mm2,而PLP基板面积可超过360000mm2;2)得益于矩形面积,FOPLP面积使用率通常95%(FOWLP则85%)。这使得同比例下,300mm x 300mm的矩形面板比同尺寸12英寸的晶圆可以多容纳1.64倍的die(裸片)。

  比较公开的说法是,台积电的FOPLP可视为矩形的InFO技术的升级版,其使用矩形的玻璃面板或印刷电路板,尺寸也不仅仅是510mm x 515mm,还有更大的600 mm x 600mm。当基板面积增加,芯片制造成本往往逐渐下降——从200mm过渡到300mm大约能节省25%的成本,而从300mm过渡到板级封装,则能节约高达66%的成本。因而从经济角度考虑,FOPLP相较FOWLP存在多项优势。

  目前而言,并非新技术的FOPLP在今年翻红,主要由两大因素驱动。盛美上海工艺副总裁贾照伟说:“首先是业界对AI芯片需求大增,FOPLP在面积上、成本上具有优势;其次,国际巨头带头推动FOPLP走上舞台。但需要强调的是,该技术的走俏主要得益于前期积累,在当下爆发了。”

  市场也给出了相当乐观的预判——Yole Intelligence在《扇出型封装2023》报告中指出:“2022年FOPLP市场规模约为4100万美元,预计未来五年将呈现32.5%显著复合年增长率,到2028年将增长至2.21亿美元。”此外,FOPLP市场份额相较于FOWLP而言,也将从2022年的2%上升至2028年的8%,可谓通赢。

  TrendForce预估,目前FOPLP封装技术将率先在消费性IC领域得到应用,量产时间可能在2024年下半年至2026年;至于AI GPU,则要到2027—2028年了。

  从调研机构给出的时间线可知,虽然业界看好并投射了诸多期待,但FOPLP目前仍然是非常小众的市场,距离真正落地AI领域尚需时日(起码3年)。而根据群创等公司的描述,目前FOPLP多用于物联网、车载芯片等领域,在AI芯片方面尚需投入资源攻关。

  “尽管FOPLP由AI需求推动,但AI领域的量产应该说还没有发生。”贾照伟说道,目前FOPLP“取代”CoWos的消息层出不穷,但CoWos在技术指标上仍然是非常优秀的,技术含量高且应用成熟。如果在FOPLP冲锋过程中,CoWos产能大幅提升且成本降低,那么FOPLP商业落地将面临一定风险。

  诚然,FOPLP技术主要优势为低单位成本及大封装尺寸,但劣势也非常清晰,技术商业化进程存在高度不确定性——

  首先是设备投资,从300mm圆形晶圆转换到最大650mm x 650mm的矩形面板需要大量投资。同时,非圆形的大面积面板需要在金属沉积、电镀和蚀刻等工艺中保持一致性,这对设备的设计和控制能力提出了谈球吧严峻挑战。

  其次从技术上来看,随着面板尺寸增大,翘曲问题变得更加严重。大面积面板的材料在不同温度下的膨胀和收缩不一致,导致在组装过程中易出现翘曲、材料收缩和芯片移位等问题,亟待解决。

  再次就工艺而言,面板级封装工艺流程复杂,需要在更大面积上实现工艺的均匀性和一致性,需要进行重大的工艺开发。还有,目前生产工艺通常用于消费品和可穿戴设备,采用较宽的RDL间距和较少的层数,而FOPLP更先进的面板工艺节点仍处于试生产阶段。

  上述工作的准备,即使强大如台积电,也不能在短时间内得到解决。魏哲家在7月确认,台积电正紧锣密鼓地推进FOPLP工艺,已成立专门的研发团队和生产线,只是目前仍处于起步阶段,相关成果可能会在3年内问世。

  台积电之外,日月光、力成、群创等厂商也积极布局FOPLP等先进封装方案。力成指出,2016年开始设立FOPLP生产线年扩充FOPLP产线,今年以异质整合技术,推动新一代规格尺寸较大的面板级封装量产;群创总经理杨柱祥表示,公司布局FOPLP三项制程,将以今年底率先量产的先晶片(Chip First)制程技术优先,预计今年底量产,明年第一季显著贡献营收;日月光也积极布局FOPLP,营运长吴田玉指出,投控在相关布局超过5年,持续与客户合作,预估最快2025年第二季设备到位。

  方面同样紧追不舍。早在2018年,华润微就与新加坡PEP Innovation合作成立重庆矽磐微电子项目,聚焦面板级封装从而切入先进封装领域,该项目已于2020年12月大批量生产;2023年12月,华天科技全资子公司华天江苏拟与自然人肖智轶,以及盘芯创投、盘起投资、盘升投资、盘时投资、盘势投资发起设立盘古半导体,进军FOPLP。而这一赛道的各环节上至少还包括,长电科技、奕成科技、奕斯伟、天芯互联、中科四合、矽迈微电子、广东佛智芯、华海诚科、劲拓股份、曼恩斯特、富天沣微电子等。

  而最新消息是,盛美上海于8月8日推出用于扇出型面板级封装(FOPLP)的Ultra ECP ap-p面板级电镀设备,“强调”可加工尺寸高达515x510mm的面板,同时具有600x600mm版本可供选择,同时兼容有机基板和玻璃基板。有业内人士认为,该设备的发布可以视作盛美上海进军FOPLP的重要标志。

  尽管半导体产业链纷纷布局FOPLP,且前景喜人,但该赛道进入量产阶段的厂商并不算多,整体规模仍然较小,设备、材料等成本相对偏高,可谓挑战重重。只能说,低成本优势固然美好,但想要落在具体产线上尚需时日。

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