先进封装技术发展及产业进度如何？

后摩尔时代，随着集成电路工艺制程的越发先进，对技术端和成本端也均提出了巨大挑战，先进封装技术应运而生。

先 进封装技术能在不单纯依靠芯片制程工艺实现突破的情况下，通过晶圆级封装和系统级封装，提高产品集成度和功能多样化， 满足终端应用对芯片轻薄、低功耗、高性能的需求，同时大幅降低芯片成本，因此在高端逻辑芯片、存储器、射频芯片、图 像处理芯片、触控芯片等领域均得到了广泛应用。晶圆级封装能够实现更大的带宽、更高的速度与可靠性以及更低的功耗， 适合移动消费电子产品、高端超级计算机、人工智能和物联网设备的芯片封装。根据 Yole数据，2022 年全球先进封装市场 规模达 443 亿美元，预计到 2028 年达 786 亿美元，CAGR 约 10%。其中占比最大的是 Flip-Chip，其次是 2.5D/3D（CAGR 可达 30%）。

先进封装技术发展最明显的特征就是更精细化，因此晶圆端前道厂商技术领先后道厂商，台积电、英特尔和三星等厂商在 3D 封装已有突破，而日月光、长电科技等封测厂商则在 2.5D 封装布局。进一步细分到先进封装的关键技术节点，不同的封 装形式有不同的判断标准。一般来说区别各家封装厂 3D 封装技术能力的强弱的标准之一是 TSV Diameter、I/O Pitch、 RDL-LS 的精度等。根据 Yole 统计，目前一般先进封装 Bump I/O Pitch 大约在 50um 左右，3D Stack Pitch 约 10um 左右，预计到 2029 年将突破 5um。3D 高端封装里 TSV Diameter W2W（Wafer to Wafer）约为 1.5-2um，预计 2026 年后最细至 1um；Bond Pitch W2W 约 0.8-1.1um，预计 2026 年后最细至 0.5um；Wafer Thickness W2W 约 15-20um，预计 2026 年 后可降至 10um。 先进封装的参与者非常多，其解决方案涵盖（超）高密度扇出（有机中介层）、3D 片芯堆叠、2.5D 硅中介层、2.5D 嵌入式 硅桥、3D 堆叠存储器等几大类。龙头代工厂及其解决方案当属台积电（InFO，集成扇出）、日月光（FOCoS，芯片后装的 基板上扇出芯片）、三星（2.5D RDL（再分布层））、Amkor Technology（S-SWIFT，高密度扇出线）等。

国内封测企业按照技术储备、产品线情况、先进封装收入占比等指标，一般可分为三个梯队：第一梯队企业已实现第三阶段 焊球阵列封装（BGA）、栅格阵列封装（LGA）、芯片级封装（CSP）稳定量产，且具备全部或部分第四阶段封装技术量产能 力（如 SiP、Bumping、FC），同时已在第五阶段晶圆级封装领域进行了技术储备或产业布局（如 TSV、Fan-Out/In），国内 独立封测第一梯队代表企业有长电科技、通富微电、华天科技等。以长电科技、通富微电和华天科技为首的封测厂和一些新 兴的封测厂近年来都在不断地在先进封装领域投资扩产。

区分传统封装及先进封装的关键在于加工工序是否涉及光刻环节。目前，带有 FC 结构、WLP、SiP、2.5D、3D 封装等均被 认为属于先进封装范畴，其大量使用 RDL、Bumping、TSV 等工艺技术。先进封装要求在晶圆划片前融入封装工艺步骤，具体包括晶圆研磨薄化、RDL、Bumping 及 TSV 等工艺技术，涉及与晶圆制造相似的涂胶、显影、去胶、蚀刻等工序步骤， 从而使得晶圆制造与封测前后道制程中出现中道交叉区域。这些工艺步骤也是先进封装相比于传统封装的增量工艺，需要用 到光刻机、刻蚀机、涂胶显影机等设备，但技术要求比前段晶圆制造要低。

近年来，我国半导体封装测试市场规模不断扩大，但上游光刻设备市场仍主要被国外厂商占据，国产化率较低。光刻设备是 晶圆级封装工艺中的核心设备之一，在重布线、溅射凸点下金属化层、光刻凸点下金属化层、光刻新焊区窗口等环节中均发 挥重要作用。先进封装光刻机主要技术路径有投影式光刻及直写光刻，通常使用步进式光刻机。全球晶圆级封装光刻设备主 要市场被美国 Applied Materials、Rudolph 及日本 SCREEN、ORC 等国际半导体厂家所占据，国内厂商中的上海微电子等 企业实现了晶圆级封装掩模光刻设备的产业化并占据了一定的市场份额。

上海微电子装备集团的新一代SSB500 系列步进投影光刻机，包括 Flip Chip、Fan-In、Fan-Out WLP/PLP 和 2.5D/3D 等先 进封装形式，可满足Bumping、RDL 和 TSV 等制程的晶圆级/方板级光刻工艺需求。据其官网显示，SSB500 系列光刻机提 供多种投影物镜和曝光光源配置，分辨率可达到 0.8~2μm，并具有高线宽均匀性；配置高精度 MVS 对准系统和低畸变投影 物镜，保证了高精度套刻性能。此外，设备工艺适应性强，厚胶曝光时可通过调整 NA 来获得更大焦深，支持高深宽比图形 曝光，并可支持 Fan-Out 制程中的大翘曲片、键合片和厚片曝光工艺，同时可实现高产率。 然而，在先进封装领域，现有的后端光刻系统也面临着非线性高阶基板变形和与芯片移位等问题，特别是在 FOWLP 的晶圆 芯片重构之后。对在光刻过程中的图形数据进行实时数字图像处理正日益成为一项基本要求。这就要求在直接成像光刻中实 时调整每个芯片周围相互连接的原始 Artwork（工作底片）来补偿引入芯片放置错误和该工艺造成的翘曲等封装问题，从而 避免由此导致的产量下降。直写光刻对于正在转向更薄和更密集封装的先进封装平台的主要优势在于实时数字图像处理和变形，本质上是调整光刻图案以配准由于材料变形翘曲以及前道工艺产生的位置偏移。这与包含要链接在一起的所有部件位置 数据的测量矩阵密切相关，思路是制作可行且稳健的系统来接收测量数据，并将其实时、高速和可靠地转换为适配晶圆或载 板的新且经过变形的光刻图形数据。 近年来，针对掩模光刻在对准的灵活性、大尺寸封装以及自动编码等方面存在局限的情况，日本 SCREEN、USHIO 等泛半 导体光刻设备厂商也已经推出了适用于晶圆级封装领域产业化应用的直写光刻设备。相较于投影光刻，直写光刻在先进封装 中的优势包括重布线灵活、无掩模、成本低、适合大尺寸封装等，可以解决 fan-out 技术问题，目前可以用在晶圆级封装、 板级封装等领域，近年来在晶圆级封装领域逐渐兴起。

芯碁微装的 WLP 系列产品可用于 8inch/12inch 集成电路先进封装领域，包括 Flip Chip、Fan-In WLP、Fan-Out WLP 和 2.5D/3D 等，实现了晶圆级封装直写光刻设备的产业化，是国内少数从事先进封装直写光刻设备开发的供应商。公司直写光 刻设备在先进封装中除了降低了生产成本、缩短时间周期和减少工作量无掩模带来的成本及操作便捷等优势，在再布线、互 联、智能纠偏等方面都具备明显优势，同时，应用在更高算力的大面积芯片上的曝光环节会比传统曝光设备拥有更高的产能 效率和成品率。 公司主打的WLP2000 直写光刻设备于 2019 年底推向市场，是国内首款专门为晶圆级先进封装量产应用的直写光刻设备， 具备高分辨率、高产能、全自动化等优势，可以低至 2μm 分辨率实现量产。WLP2000 系列设备采用多光学引擎并行扫描技 术，具备自动套刻、背部对准、智能纠偏、WEE/WEP 功能，在 RDL、Bumping 和 TSV 等制程工艺中优势明显。该设备能 够根据每个 Die 的位置的量测结果，通过智能再布线 RDL 技术，解决多种芯片组合过程中由于贴片设备的定位误差产生的 芯片之间偏移互连问题；实时自动调焦模块可补偿基片翘曲或形貌变形；数字掩模技术还可处理晶圆级大尺寸芯片封装时需 要不断做曝光图形拼接而导致效率低的问题。 公司已有多台设备发至客户端，与国内多家头部客户进行工艺验证，当前合作的客户有华天科技、盛合晶微等知名企业，设 备在客户端进展顺利，且近期获得大陆头部先进封装客户的连续重复订单，产品的稳定性和功能已经得到验证。此外，公司 在 PLP 板级封装也有布局，支持在模组、光芯片、功率器件等领域的封装。