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本文来自微信公众号：博科（ID：），作者：智勇，原标题：《没有EUV光刻机，5nm、3nm都造不出来，国产芯片如何突破？》 》，头图来自：视觉中国
趋势就像一股暗流，来得又快又猛，行业龙头们也着急了。
当半导体加工的工艺微型化博弈落下帷幕时，先进封装逐渐成为芯片行业的赢家。
1、走势如暗流：黄师傅上阵催单，台积电急忙扩产。
年初的时候，谁也没有想到今年半导体行业会出现如此混乱的局面。 今年，在整个芯片行业都遭遇去库存的情况下，英伟达的AI芯片却一机难求。 国内互联网大亨亲自飞到英伟达位于加州的总部，就是为了多拿几颗A800和H800芯片。
这并不是因为黄师傅拥有稀有商品，而是因为整个AI芯片行业都在遭受台积电产能不足的困扰。
5月27日，黄领导人表面上要去台大发表毕业演讲。 创业大亨给年轻一代的灵魂鸡汤虽然鲜美，但事实上，督促台积电扩产才是黄仁勋此行的核心目的之一。 。 据了解，台积电已经在协调增加产能，预计2024年底产能将达到20万片。CEO魏哲家在台积电股东大会上表示，将加大CoWoS扩产力度龙潭工厂产能提升，竹南AP6工厂也将加入支持。
不是说芯片代工产能过剩吗？ 为什么老黄需要亲自去台积电督战呢？ 与普遍看法相反，这次吃紧的不是台积电7nm、5nm等先进工艺的晶圆代工，而是之前不被重视、成为整个产业链最短环节的先进封装。
在半导体产业分工中，封装一直处于鄙视链的最底层。 附加值低、资本支出高，芯片企业极力回避。
此次AI芯片的紧缺，让先进封装技术代表之一的CoWoS首次成为人们关注的焦点。 这个以前不受欢迎的术语如今已成为家喻户晓的名字。 业界甚至夸张到可以直接跟踪先进封装CoWoS的产能，来预测下季度的业绩，然后在财报季期间疯狂购买看涨期权。
如果我们从上到下进行逻辑推演，那就是：行业巨头正在展开AI军备竞赛->AI军备竞赛需要大量AI芯片->AI芯片需要台积电代工->台积电代工厂受到先进封装CoWoS产能的限制。
毫不夸张地说，先进封装一夜成凤，成为制约TMT行业发展的最大瓶颈。
尽管台积电作为半导体制造领域无可匹敌的老大哥，在先进封装方面仍处于领先地位，但它显然还没有为这一趋势的快速发展做好准备。 在客户的催促下，只能紧急催促设备商被动增加CoWoS。 生产能力。
这也是大家第一次要正视包装行业。
图：半导体产业链； 中泰证券
2. 当传统思维终结时
提升芯片性能最直接的方法就是尽可能增加晶体管数量，这与通过堆叠更多电池组来增加电动汽车的续航时间没有什么区别。 因此，对于半导体产业的发展，先进芯片研发的传统思路一直是“在晶体管上做文章”。 简单来说，就是在缩小工艺的同时扩大芯片面积。
其中，工艺微缩的目的是为了单位面积上放置更多的晶体管，也就是我们常听到的14nm、7nm、5nm、3nm。 这样一来，晶体管就可以做得越来越小，单位面积上可以堆叠的晶体管数量自然也就变少了。 更多的; 另一种办法是扩大面积，即在给定工艺的前提下，尽量把芯片做大。
可以说，在过去的几十年里，我们的电脑和手机的逻辑芯片都是依靠这种方法来延长寿命的。 这种方法发展至今，不可避免地遇到了两大局限性。
限制一：工艺收缩的边际效益越来越小。
事实上，从28nm开始，芯片设计中追求更先进工艺的成本效益已经越来越低。 根据芯原招股书披露的数据，14/16nm之后芯片单位面积成本快速上升，摩尔定律持续放缓。 随着工艺从28nm向5nm演进，单项研发投入也从5000万美元大幅增加到5亿美元以上。
先进的制造工艺已经成为一场烧钱的竞争，因此只有苹果、英伟达、三星、AMD、英特尔、联发科、特斯拉和华为等少数公司在制造最先进的芯片。 年初，OPPO无奈解散旗下子公司哲酷。 团队就是研发先进芯片高门槛的最好体现。
正是因为先进的投入产出比不一定合适，所以很多芯片停留在28nm之后，不再盲目追求先进工艺。
图：不同工艺节点在不同应用时期的芯片设计成本（单位：百万美元）； 资料来源：芯原招股说明书
限制二：大尺寸芯片的良率越来越低。
除了追求先进工艺来提高晶体管密度之外，另一个方法就是把芯片做大。 人们常说，努力才能创造奇迹。 不过这个简单的方法基本上就到此为止了。
仍以的AI芯片为例。 与传统芯片相比，AI芯片拥有更大的面积，才能实现极致的性能。 英伟达的AI裸芯片尺寸通常超过普通手机主控芯片尺寸的数倍； 芯片太大带来的直接问题是生产良率迅速下降。
业界有一个判断制程制造良率的Bose模型：良率=1/(1+芯片面积*缺陷密度)n。 从这个公式不难看出，单片面积越大，良率就越低。
有人自然会说，良品率低也没关系，只要多做几个就可以了。 这显然是由于对工业生产认识不够。 AI芯片现在每颗芯片的售价超过1万美元，没有人能够承受低良率带来的损失。
根据模型测算，150mm²的中大型芯片良率约为80%，而700mm²及以上的超大型芯片良率将骤降至30%。 而且，据业内人士透露，由于光刻掩模版的尺寸限制，单颗芯片的面积一般不会超过面积限制，因此英伟达的AI芯片实际上正在逼近面积上限。
当推动先进芯片进步的方法开始面临前所未有的挑战时，行业必须寻找新的生存之道。
3. 碰撞未来，揭开先进封装的神秘面纱
虽然封装行业不像芯片设计和晶圆代工那么引人注目，但得益于芯片类型的快速发展，全球芯片封装行业的规模也相当可观。 2022年市场规模将超过800亿美元，使其成为一个难以忽视的行业，但它一直被贴上周期性的标签。
回到行业，半导体封装是半导体制造工艺的后端工序。 旨在更好地实现芯片与其他电子元件之间的电气连接。 业内曾有人打个比喻，芯片相当于大脑皮层。 包装就像大脑的头骨； 所以在半导体历史上，封装一直扮演着配角的角色，市场并没有给予太多关注。 正是先进的封装，才第一次将包装行业带到了最前沿。
从另一个层面来说，包装行业的技术发展并不慢，也不是所谓的“纯周期性”行业。
过去70年来，包装行业至少经历了四次重大技术变革。 尤其是2010年代以来，行业逐渐进入先进封装的新发展阶段（2010年蒋尚义先生提出了通过半导体公司连接多个芯片的方法，区别于传统封装，被定义为先进封装）。 此后，新的概念开始陆续出现，如FC、SiP、2.5D封装、3D封装、FO、RDL、TSV等。
当然，这也让2023年研究先进封装的研究人员突然被这么多陌生的词汇搞得不知所措，着实让人应接不暇。
图：封装技术发展史
了解先进封装其实并不复杂。 顺着之前提到的思路，既然单纯扩大单芯片面积、减少制造工艺已经越来越行不通了，那么有没有可能把原本应该超大的单芯片拆分成不同的功能模块，然后采用一定的制造工艺？ 做出性能优异的小芯片，最后将这些小芯片组合在一起，形成一个“大芯片”，达到“三个傀儡等于诸葛亮”的效果。
这就是先进封装的底层原理，通过拆散来大大降低难度。 如果不同的芯片采用相同的材料制成，然后封装在一起，这在业界称为异构集成； 如果甚至一些芯片采用不同的材料制成，然后封装在一起，这在业界称为异构集成。
为了实现上述想法，业界依靠新工艺的开发将这一想法变为现实，例如实现硅片之间连接的TSV技术（Via，硅通孔技术）和RDL（再分布技术）。
以3D包装为例。 如果上下堆叠是同一类型的芯片，TSV通常可以直接完成电气互连功能。 如果上下堆叠是不同类型的芯片，则上下芯片的IO需要通过RDL重布线层对齐。 ，从而完成电气互连。
还是回到的AI芯片上，作为先进封装的代表性解决方案，CoWoS虽然是10年前由台积电和开发的，但最终还是在的AI芯片上得到了发扬光大。
NVDIA目前的主打产品A系列和H系列均采用台积电的CoWoS 2.5D封装。 以A100为例，主芯片A100是采用7nm工艺的单芯片架构，并配备了Hynix的HBM。 这两个最新重要芯片之间的高速互连是通过CoWoS实现的。
图：台积电向提供的CoWoS封装解决方案。
因此，过去业界对先进封装仍心存疑虑（封装厂并没有大力投入，而是晶圆厂台积电突然崛起），但英伟达的热销AI芯片正式宣布先进封装正在成为半导体的赢家。
行业领先企业也意识到，随着摩尔定律接近物理极限，先进封装将发挥越来越重要的作用，因此他们正在紧急追赶先进封装。
例如，牙膏制造商英特尔专注于两种先进的包装解决方案：
1）2.5D封装EMIB，注重低成本；
2）面对面芯片堆叠封装工艺，注重高性能。 据报道，Intel今年计划推出的第14代CPU Lake将首次引入Tile设计，集成CPU、GPU、IO和SoC四个独立模块，并采用封装技术。
三星目前拥有四种先进的封装解决方案，包括I-Cube、X-Cube、R-Cube和H-Cube。 技术原理类似，不再赘述。
抛开技术细节不谈，其实不同厂商的先进封装与台积电类似，只是为了区分和避免专利纠纷而进行了一定程度的规避。 不同名称之间没有本质区别。 更重要的是，巨头们开始意识到先进封装的重要性后，如果打不过就选择加入。
根据民生证券的总结，我们可以看到，未来依赖先进封装的产品将渗透到服务器、手机、AI、可穿戴设备和图形显示等领域，基本涉及生活的各个方面，其重要性将日益提升。天。
图：全球先进封装代表性解决方案； 资料来源：民生证券。
4. 多一重意义对国内产业链意味着什么？
自然，大家要问，这么重要的趋势，我们国家做得怎么样？
首先，我们需要澄清一个潜在的误解。 虽然国内半导体产业发展相对滞后，但封装产业链技术壁垒相对较低，发展也相对较早，因此其全球竞争力依然可圈可点。
据统计，全球排名前十的包装企业中，有3家来自中国大陆，5家来自台湾，1家来自美国。 其中，长电科技、通富微电子、华天科技被誉为国内封测三大巨头，均跻身全球前十。 而且，这三个封装厂的业务布局非常全球化，海外收入占比超过50%。 以通富微电子为例，AMD的大部分封装都是由通富微电子完成。 因此，说国内封装厂具有全球竞争力并不为过。
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