站在風口上的先進封裝市場:從可選項變為必選項
“先進封裝”(advanced packaging)的具體定義,《電子工程專輯》曾在過去2年的雜志和主站文章里做過詳細闡釋。而《國際電子商情》作為一本更關注市場方向的刊物,雖然并不會將注意力放在技術層面,但仍舊需要明確:某些企業及媒體將“先進封裝”限定在2.5D/3D封裝,比如,在即將發布的“2026年電子行業十大市場及應用趨勢”一文之中,我們就將先進封裝窄化到了2.5D/3D封裝,但實際上廣義的先進封裝是指凸點間距(bump pitch)<100μm的封裝技術。比如,純粹的芯片倒裝(flip-chip)、扇出型(fan-out)封裝都可以被視作先進封裝。
圖1是Yole Group列出的先進封裝市場增長歷史及預期。2025年格外受到市場關注的諸如FOPLP(扇出面板級封裝)、玻璃芯基板(glass-core substrates)、2.5D/3D封裝,以及近來特別熱門的CPO(共封裝光學)。這些技術本身也在今年的封裝技術研究討會、峰會之類的活動上成為探討的大熱門。
圖1:先進封裝市場價值預測 圖片來源:Yole Group
即便它們近些年都處在高速發展狀態,在我們看來2025-2026年的先進封裝市場恐怕要呈現出井噴態勢。Yole在后道裝備行業報告中提到封裝設備的趨勢走向,有一項提及芯片倒裝仍然很重要,但“角色正在發生變化”——意指芯片倒裝更多地應用于先進基板,及基于硅橋的chiplet設計,乃至和混合鍵合(hybrid bonding)更多融合——都表現出,更先進的“先進封裝”在某些應用場景,正從可選項變為必選項。
先進封裝市場概況:AI是最大推力
毫無疑問先進封裝能有如今的討論與關注度,與HPC、AI的大熱是分不開的——尤其AI芯片對于性能與效率的持續追逐,和摩爾定律的局限性形成了矛盾,讓行業將更多目光轉向了依托后道封裝技術來拓展算力、存儲、連接資源這一路徑。
在AI技術的推動下,包括《國際電子商情》在內的研究結構都認為,今明兩年全球先進封裝行業正面臨發展拐點:即市場的大幅擴容及應用范圍的擴展。部分研究機構將其上升到企業的“戰略角色”高度。
加上全球各國政府的支持,及半導體企業在R&D投入上的激進,要維系競爭中的領導者地位,采用先進封裝在內的先進技術就是個必選項:尤其在高性能計算解決方案上,要突破性能瓶頸,諸如chiplet集成就屬于基本操作。
在高端應用市場內,先進封裝已經在大規模應用。即便不談數據中心之中的大型AI芯片和GPU,Intel、AMD、NVIDIA的PC處理器,蘋果、高通、聯發科的手機處理器,乃至更多AR/VR、邊緣AI、航空航天等應用場景,都在應用著不同的先進封裝工藝。
比如PC處理器市場,2.5D/3D封裝都已經成為標配,尤其AMD Ryzen處理器的某些型號更廣泛地采用基于混合鍵合的3D堆疊方案——先進封裝領域內的“未來向”技術基本已經進入到了尋常百姓家。
Yole今年下半年的數據顯示,2024年先進封裝市場規模達到460億美元,相比2023年增長了19%;預計到2030年,該市場的價值總量會接近800億美元,2024-2030的CAGR(年復合增長率)9.5%。
圖2:2024年先進封裝不同應用領域的市場價值 圖片來源:Yole Group
從應用角度來看,移動與消費電子仍是其中大頭,占比將近70%,隨后是電信與基礎設施市場——價值約100億美元(圖2)。
比較令我們意外的是,電信與基礎設施市場受到AI大趨勢的推動——這類大芯片采用2.5D/3D先進封裝作為主力比較好理解;但移動與消費電子領域,市場價值占比最大的竟然也是2.5D/3D先進封裝,超過了FCBGA(純粹的單die芯片倒裝),表明消費用戶已經真真切切地接觸到了幾年前還被我們稱作“未來技術”的先進封裝,乃至已經作為主流技術存在。
從市場玩家的角度,即IDM、Foundry/OSAT廠,Yole總結的2024年先進封裝市場價值TOP10企業包括有Intel(65億美元)、Amkor(53億美元)、日月光(53億美元,ASE + SPIL矽品精密)、臺積電(50億美元)、索尼(37億美元)、三星(31億美元)、長電(JCET,27億美元)、通富微電(TFME,20億美元)、長江存儲(YMTC,13億美元)、SK海力士(12億美元)。這和某些研究機構的數據可能存在較大出入,或與統計的業務模式、范圍有關。
除了IDM、Foundry/OSAT本身,觀察先進封裝技術發展的另一個方向是更上游的后道裝備供應商。同樣是Yole今年8月份提供的數據,2025年總的后道裝備營收大約在69億美元上下,預期2030年達到92億美元,CAGR為5.8%——主要目標應用涵蓋有HBM存儲堆棧、chiplet模塊、I/O基板等,因為先進封裝系統總是涉及到放置、對齊、鍵和等復雜操作,先進設備是必須的。
其中可達成HBM存儲堆棧集成上量的熱壓鍵和(Thermo-Compression Bonding,簡稱TCB)工藝,通過微凸點(micro-bump)互聯實現可靠的堆疊。2025年,預計TCB鍵和設備的營收規模在5.42億美元量級;2030年則可能要達到9.36億美元,CAGR為11.6%——這在半導體上游的裝備領域還是比較罕見的數字。韓國Hanmi(韓美半導體)、ASMPT、K&S等都是其中的重要供應商。無助焊劑鍵(fluxless)是該領域內的熱點。
圖3:聯用了2.5D EMIB硅橋與3D混合鍵和的至強6+芯片 圖片來源:Intel
另外,特別值得一提的是先進封裝技術中,高端市場應用的混合鍵合工藝(圖3)。實際上,混合鍵合在3D NAND、圖像傳感器等領域一直有著廣泛應用。數字芯片領域受到更多人關注,就在于數據中心處理器市場這項技術的全面應用,以AMD Epyc處理器(3D V-Cache)及MI300加速器為代表。今年下半年,Intel宣布明年要問世的至強6+處理器也將開始采用3D堆疊混合鍵合工藝,這無疑進一步表明了這項技術在數據中心全面普及的走勢。
2025年混合鍵合設備(hybrid bonder)的市場價值約1.52億美元;2030年這個值大約會增長到3.97億美元,CAGR達到了同樣驚人的21.1%。只不過就技術成熟度來看,混合鍵合應當是大部分市場參與者基于TCB熱壓鍵和之后一代會考慮的技術方向。裝備領域內,包括BESI、ASMPT、芝浦機電、K&S、韓華(Hanwha Semitech)等都正全力做產品和技術布局。
兩個標志性事件:Intel和臺積電都垂涎的市場
這里再給一些更能體現市場成長的數據。研究機構ALETHEIA去年曾提過先進封裝市場將在2025年起飛,并且認定臺積電很快會成為最大的封裝服務供應商。主要是因為chiplet架構的廣泛采用,及2.5D/3D封裝技術的普及——尤其有了AMD、NVIDIA這樣的大客戶,這家機構預測2026年臺積電的先進封裝產能將達到2023年的10倍之多;2027年的產能則達到2023年的15倍。
這兩個數字聽起來很夸張,但考慮HPC與AI市場的極速推進,諸如3DIC這類3D堆疊封裝技術將AI數字芯片與緩存整合到一起大概率成為未來大算力芯片標配,臺積電的先進封裝產能起量是板上釘釘的,尤其考慮到此前臺積電還在給前道及后道的先進工藝漲價(2024年底,國外媒體報道稱2025年,CoWoS封裝漲價幅度可能達到10%-20%)。
如果說上面這些數據還過于抽象,或大部分讀者可能對這些數據沒有量級概念,那么不妨將視野收窄到2.5D/3D先進封裝領域。過去兩年,有兩個標志性事件是可以作為先進封裝技術高速發展、且呈現出質變的佐證的。
首先是今年4月,Intel Foundry召開媒體會特別去談自家的封測業務(先進系統封裝與測試)——這在以前是從來沒有過的。當時Intel Foundry負責人表示,已經為OSAT模型做好了準備,甚至提到如果芯片設計客戶選擇EMIB封裝(Intel的2.5D硅橋封裝方案),前道制造技術即便來自其他Foundry廠,Intel也一樣提供支持。
Intel稱其為“支持多Foundry的工藝節點”“提供靈活的交鑰匙服務模型”。雖然就其OSAT客戶,Intel只給了AWS(亞馬遜云)和思科兩個名字,彼時也提到了“數據中心服務器AI加速器類型產品”,但這也體現了Intel Foundry對先進封裝市場及外部客戶的渴望。
圖4:Intel對2.5D先進封裝產能的預期 圖片來源:Intel
尤為值得一提的是,Intel在本次媒體會上給出了圖3呈現的這張PPT,左側紅線表現當下產業內2.5D先進封裝產能所在位置——主要應該就是指臺積電的CoWoS;而藍線覆蓋區域為Intel認為,自己目前所能達成的2.5D先進封裝產能——主要是基于硅橋的EMIB封裝,表現Intel目前有著>2倍于同業者的產能。
不管Intel是否夸大了EMIB的技術價值或自身產能水平,以及這半年里Intel Foundry作為OSAT廠是否接到了足夠多的訂單,這份數據至少表明Intel對AI芯片潛在巨大市場價值的預期。
其次是2024年10月,臺積電對外傳達了半導體制造的“Foundry 2.0”策略——規避商業風險之外,其核心之一就在于明確擴展的業務范圍。部分媒體當時評價程臺積電因此在前道先進制造工藝之外,也成為了后道封裝領域的領導者。
所以才有了前文提到ALETHEIA對于臺積電先進封裝產能的預期:當時的既有數字是2024年實現先進封裝產能的翻番,但仍舊無法滿足市場需求,所以2025年及后續還會持續擴大產能。臺積電CEO魏哲家(C.C. Wei)甚至提到了CoWoS、3DIC、SoIC技術近些年會達成超過50%的CAGR增長率。
市場目前的預期是,今年封裝業務可能占到臺積電總營收的大約10%-15%,CoWoS是其中主力。今年9月,臺積電對外宣稱公司的先進封裝服務仍然受到全方位的產能壓力,臺積電正“壓縮時間線、加速產能”。臺積電先進封裝技術與服務副總裁何軍表示,AI驅動更快的產品研發周期,從設計完成到大規模量產、封裝的時間線正從此前的7個季度壓縮到現在的3個季度,臺積電就必須在R&D階段構建產能、向裝備制造商下訂單,并在后續有需要時對工具再做調整。
技術層面有則消息是值得關注的:臺積電計劃在2026年引入5.5x reticle size(可理解為光刻機所能處理最大尺寸的5.5倍)的CoWoS-L技術;而2027年的SoW-X預計實現量產,達成相較現有CoWoS解決方案的40倍算力(computing power),相當于整個服務器機架——這里的40倍應該是指單個晶圓封裝,可容納的計算或存儲芯片達成更高性能水平。
趨勢展望與合作主題
我們很難在一篇文章里對先進封裝的所有子類做技術及市場趨勢介紹,所以立足點多少有些偏向更受市場關注的2.5D/3D先進封裝。從去年開始大部分市場研究機構的報告提到的2.5D/3D封裝發展技術趨勢,至少都包括了:
(1)更大的interposer(中介層)面積——就像前文提到CoWoS技術方案擴展更大的reticle size(掩模尺寸);
(2)混合鍵合的應用持續擴大,除了如AMD、Intel都開始基于混合鍵和來堆疊片上SRAM,現在更受關注的是HBM混合鍵合:也就是邏輯die與DRAM堆疊100%的銅對銅(Cu-Cu)互連,尤其是HBM4對混合鍵合的全面導入;
(3)面板級封裝(panel-level packaging)也在今年的好幾份市場研究報告中被提及。這個技術方向未來會不會對更傳統但也更成熟的晶圓級封裝造成替換或形成平分秋色的局面,目前我們無法做明確判斷——Yole在今年的報告中認為該技術方向正吸引更多參與者投入,具備發展潛力。
只不過市場對面板級封裝的關注,主要就是因為方形面板相比圓形載板晶圓有著更高的面積利用率,能實現更高效、更大吞吐的封裝;這也從側面表明了市場對AI芯片先進封裝的產能預期現階段還是很高。
(4)另外,在更遠的未來,玻璃芯基板/玻璃interposer和CPO(共封裝光學)這兩個更具熱度的方向也總被研究報告提上日程。相對來說CPO可能更近未來一些:《國際電子商情》即將發布的“2026年電子行業十大市場及應用趨勢”,就將CPO技術做了單獨羅列,即光電轉換引擎以chiplet的形式與交換芯片或AI芯片/GPU封裝在一起——隨著NVIDIA、博通等市場參與者的推進,這類技術很快就會在AI數據中心普及——當然3D CPO仍舊有些遙遠。
玻璃芯基板及更加激進的玻璃interposer實則都還沒有明確的量產和商用時間線,但它們的確是先進封裝技術之中,相較于傳統硅更進一步實現精細、可靠走線的技術路線。
在AI與HPC應用市場之外,實則還有一些屬于先進封裝技術的成長推動力,如5G、6G及配套通信技術的演進,電動汽車智能化趨勢造就感知與計算的融合,及其在安全性、可靠性、能耗、熱管理、成本效益等方面更高的需求,還有前文提到依舊占據先進封裝技術市場70%份額的消費電子——即便其成長率不會像AI、HPC那么高,基數依舊是龐大的。
Yole在報告中說,行業當前正處在先進封裝新周期的開端。而這輪周期向前推進的要素之一依舊在“合作”上,即便半導體產業鏈正不可避免地走向區域化。比如臺積電、日月光與Amkor的合作,Intel與Amkor的合作;區域化的聯盟構建也表現出創新共享在現在這個階段的必要性。如CPO這類更具未來向的技術就更需要市場參與者乃至跨行業的合作了:包括跨越材料、裝備方面的阻礙。
在AI、HPC正為市場大量注入活力的當下,先進封裝技術作為其中的物理基礎,顯然正站在風口上。而在半導體供應鏈走向更具韌性、更為區域化的同時,垂直整合的生態系統也正在先進封裝領域建立——合作是這個產業亙古不變的主題。