過去兩年,因為人工智慧的火熱,臺積電的CoWoS一夜爆紅,這不但給臺積電帶來了鉅額營收,也給日月光和安靠這些領先封測工廠帶來了威脅。
根據臺積電在一季度的財報預測上所說,公司上季的先進封裝比重相較過往有所提升,這消除了外界對CoWoS需求下降的雜音。臺積電CEO魏哲家強調,臺積電將持續增加CoWoS產能,以滿足客戶需求。預計2025年,CoWoS的全年營收貢獻將從2024年的8%成長至10%,獲利也將比之前有所進步。
從資料可以看到,臺積電2024年的營收超過900億美元,那就意味著光是去年,來自CoWoS的營收貢獻就超過70億美元,今年的營收有望更上一層樓。(關於CoWoS,參考文章《殺瘋了的CoWoS》)。面對這樣一個香餑餑,其實過去一段時間也有一些封裝廠大力投入,希望能夠在產能緊張之際,吃掉臺積電一部分訂單。
現在,日月光宣佈,公司十年磨一劍的面板級扇出型封裝(FOPLP:Fan-out panel-level packaging)決定邁向設立量產線的重要里程碑。若試產順利即可投入市場,未來先進封裝技術恐不再以CoWoS一家獨大。
聲勢日盛的FOPLP
近年來半導體封裝技術的熱門趨勢,已透過將半導體晶片直接嵌入到大面積面板中進行扇出式封裝,達到更高整合度、更好的電效能和更大的封裝尺寸。相較於傳統的封裝方式,FOPLP可以實現更高的I/O密度,有效提升生產效率、降低製造成本。
要了解什麼是FOPLP,則可以追溯到扇出型晶圓級封裝(Fan-Out Wafer Level Packaging,FOWLP),這是英飛凌在2004年提出並在2009年開始量產的技術,但是FOWLP只被應用在手機基帶晶片上,很快就達到了市場飽和。直到2016年,臺積電在FOWLP基礎上開發了整合扇出型(Integrated Fan-Out,InFO)封裝,用於蘋果iPhone7系列手機的A10應用處理器,讓半導體產業加緊開發FOWLP。
面板級扇出型封裝(FOPLP)延伸自FOWLP,同樣有I/O密度高且設計較薄特點,兩者英文縮寫只差在P(Panel)「W」Wafer),面板與晶圓一字之差,影響體現於尺寸與利用率。
面板級扇出型封裝(FOPLP)是將扇出式封裝(Fan Out)與面板級封裝(Panel Level Package)這兩個技術結合起來的一種新興封裝技術。

FOPLP擁有扇出式封裝的優點,讓重佈線層(Redistribution Layer)的走線在向內或向外時,都可以超出晶片的大小限制範圍,使其能夠支援更多的外部I/O,達到高密度的連線與更薄的封裝,最終讓產品能以較為便宜的成本達到更輕薄的外型。
同時,FOPLP也具備面板級封裝的優點,不同於以晶圓作為載板的晶圓級封裝(WLP),FOPLP採用面板作為封裝的載板,而這些載板的材質可以選擇使用金屬、玻璃或其它高分子聚合物材料,在這些材質之中,又以玻璃基板在機械、物理、光學等效能上更具優越性。
此外,面板級封裝可生產出更大的封裝尺寸,且擁有更高的生產靈活性,在面積使用率上以高於95%的成績力壓傳統晶圓級封裝的85%,具備可大批生產、成本低與生產週期短等優勢。這種成本效率水平非常顯著。與圓形晶圓相比,面板型的封裝相對成本節省可超過 20%。
隨著人工智慧的到來,要求打造封裝越來越大的晶片,這就讓FOPLP成為了大家的關注點。
據知名分析機構Yole Intelligence 在《扇出型封裝 2023》報告中估計,FOPLP 市場在 2022 年約為 4100 萬美元,預計未來五年將呈現 32.5% 的顯著複合年增長率,到 2028 年增長到 2.21 億美元。他們進一步指出,事實上,FOPLP 的採用將比整體扇出型市場增長更快,其相對於 FOWLP 的市場份額將從 2022 年的 2% 上升至 2028 年的 8%。這意味著,隨著更多面板生產線的推出以及更高的良率帶來更好的成本效益,FOPLP 有望在未來幾年實現增長。”
巨頭先後殺入其中
正因為FOPLP擁有如此出色的表現,吸引了各大巨頭投身其中,文中開頭談到的日月光,就是其中一個重要參與者。
日月光集團營運長吳田玉表示,因AI晶片昂貴,封裝置放的顆粒愈多,相對風險也增高,若非客戶強力支援,日月光不可能跨出設立量產線的大步。他表示,日月光10年前就投入大尺寸面板級扇出型封裝(FOPLP)研發,採用300×300方型規格,在試作達到不錯效果後,推進至600×600的方形規格,並且已在去年開出採購單,相關機臺預定今年第2季及第3季裝機,預計今年底試產,若試產順利,預定明年將可送樣給客戶驗證後,即可量產出貨。
吳田玉認為若600×600良率如預期順利,相信會有更多的客戶和產品匯入,屆時600×600可望成為FOPLP主流規格。

臺積電也是FOPLP的積極推動者。臺積電執行長魏哲家去年七月親自確認,臺積電正緊鑼密鼓地推進扇出式面板級封裝(FOPLP)工藝,且已經成立了專門的研發團隊和生產線,只是目前仍處於起步階段,相關成果可能會在 3 年內問世。
去年年底,相關訊息透露,臺積電在 FOPLP方面初期將選擇尺寸較小的 300×300 mm 面板,預計最快 2026 年完成 miniline 小規模產線建設。
報道指,臺積電原本傾向 515×510 mm 矩形基板,與傳統的 12 英寸圓形晶圓相比,這種基板的可用面積可增加三倍。此後又對 600×600 mm、300×300 mm 規格進行了嘗試,最終敲定初期先用 300×300 mm練兵,日後再擴充套件到更大尺寸上。這一決定是因為持有成本和可支援的最大光罩尺寸兩方面考慮。
同時 FOPLP 技術仍在開發期,配套裝置技術尚待完善,在大基板邊緣翹曲和運輸、封裝製程轉換時損耗率較高兩點上仍有改進空間。臺積電採用“先易後難”的策略,待未來光罩尺寸技術逐步到位後再提升基板尺寸。
作為先進封裝領域的重要參與者,三星也對這個工藝趨之若慕。相關報道表示,2019年,三星以 7850 億韓元(約合 5.81 億美元)從三星電機手中收購了 PLP 業務,這一戰略舉措為其當前的發展鋪平了道路。
在去年3 月的股東大會上,時任三星電子半導體部門負責人的 Kyung Kye-hyun 強調了 PLP 技術對行業的重要性。Kyung 表示,AI 半導體晶片通常尺寸為 600 毫米 x 600 毫米或 800 毫米 x 800 毫米,需要 PLP 之類的技術,而三星正在積極開發這項技術並與客戶合作。
此外,以面板起家的群創也轉進FOPLP封裝戰場。利用面板3.5代產線,群創能直接使用部分裝置,折舊攤提便可降低裝置成本;且封裝基板尺寸可容納6.9片12吋晶圓也等於7倍,一次同時處理更多量,代表封裝成本降低。再者,相較傳統封裝,FOPLP的電阻值較低,因此效率較佳,可靠度也表現更好,無論是電池、高功率快充等都能派上用場。
挑戰還在後頭
按照調研機構集邦調查所說,會採用FOPLP先進封裝的產品,主要可分為電源管理IC( PMIC)及射頻IC(RF IC )、 和CPU 及GPU、AI GPU 等三類。
其中, PMIC及RF IC採用chip-first技術,原本主要由後段封測業深耕,後續隨著製程授權商興起,IDM及面板業者加入,擴大量產規模;至於CPU、GPU及AI GPU,採用chip-last技術,由已累積生產經驗及產能的封裝業者開發,預估產品量產時間最早落在2026年;AI GPU則採用chip-last技術,由晶圓代工業者主導,在晶粒尺寸擴大及封裝顆數增加的趨勢下,尋求將原本的CoWoS封裝由晶圓級擴大至面板級,產品量產時間最早為2027年。
Digitimes則在報道引述業者訊息透露,面板級扇出型封裝(FOPLP)有望分擔CoWoS的產能。
業者指出,垂直堆疊的CoWoS封裝,目前主要運用在先進製程的AI運算晶片、AI伺服器處理器的晶片封裝,而FOPLP就各業者現階段的描述,主要用於成熟製程為主的車用、物聯網的電源管理IC等,兩種封裝技術的應用有所不同。
主導FOPLP發展的OSAT大廠指出,FOPLP之所以還未能放量,除了良率未達理想值以外,標準也尚未定出來,無論是510x515mm、600x600mm為常見規格,目前都還未定,這也是業者尚未大量投注心力在FOPLP的原因。
報道顯示,其實早在2015年,業者就推出了FOPLP,但是由於向 FOPLP 的過渡需要對專門為面板級製造而定製的新材料、工藝和裝置進行大量投資。這些更大的面板需要精確的翹曲控制和材料一致性,以確保高密度設計中的可靠互連。以上種種問題讓其未能得到更廣泛的採用。
因應AI晶片的需求,過去一年裡,臺積電大幅增加了CoWoS的產能。之前有訊息傳出,英偉達砍了臺積電CoWoS的訂單,但隨後臺積電否認了。不過,之前有訊息透露,由於臺積電的封裝供應限制,英偉達計劃在伺服器AI晶片中採用FO-PLP技術,
從日月光等業者的積極資訊看來,CoWoS,壓力大增!
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