半导体行业快报:FOPLP有望加速渗透AI领域 封测产业链迎来发展新契机

类别:行业 机构:华金证券股份有限公司 研究员:孙远峰/王海维 日期:2024-06-24

  投资要点

      2024 年6 月21 日消息,半导体技术天地引用日经新闻报道,台积电正在开发一种新的先进芯片封装方法,使用矩形面板状基板,而不是传统的圆形晶圆,其允许将更多芯片放置在单个基板上,以满足对先进多小芯片处理器日益增长的需求。台积电在日经新闻发表的一份声明中写道:“台积电密切关注先进封装的进展和发展,包括面板级封装。”

      CoWoS 供不应求&FOPLP 具有更大封装尺寸/更好散热性能,FOPLP 有望加速进入AI 芯片领域。扇出型面板级封装技术相对于传统的CoWoS 具有更大的封装尺寸和更好的散热性能,这使得它能够支持更大规模的芯片集成,提高性能,并减少功耗。因此,对于英伟达等AI 芯片厂商,采用FOPLP 技术有助于缓解当前CoWoS 产能紧张的问题,并提高AI 芯片的供应量。根据雷达产业链大会引用苏州晶方半导体刘宏钧副总经理数据,英伟达H100 采用CoWoS-S 技术进行封装,其中包含7 个芯片。核心部分是面积为814 平方毫米的H100 GPU 芯片,周围则垂直堆叠6 个HBM 内存芯片。目前,H100 每个季度的需求量为40万个,市场需求远超过供应。台积电在2023 年初的CoWoS 产能仅为每月不到10,000 片,2023 年年底产能可能已攀升至每月20,000 片。台积电计划进一步增加产能至每月40,000 片,以满足AI 芯片制造商的巨大需求。目前,英伟达和AMD 就占据台积电80%的CoWoS 产能。随着新产品如GB200 的热销,以及博通等其他公司对CoWoS 技术的采用,台积电的产能正面临严峻挑战,短期内这种紧张状况似乎难以缓解。FOPLP 技术尽管在某些性能指标上不及CoWoS,却因其出色的I/O 密度和电气性能,成为满足人工智能计算需求的关键技术,这种封装方式正逐渐成为AI 芯片制造的首选。此外,FOPLP 技术在提高芯片的功能密度、减少互联长度以及重构系统设计等方面表现出的优势,符合人工智能时代对芯片性能的基准要求,使得FOPLP 有望在AI 芯片领域加速渗透。

      FOPLP 基于RDL 工艺,面积使用率显著提升,成本下降66%。扇出面板级封装(FOPLP)是基于重新布线层(RDL)工艺,将芯片重新分布在大面板上进行互连的先进封装技术,能够将多个芯片、无源元件和互连集成在一个封装内。

      FOPLP 与传统封装方法相比,提供了更大的灵活性、可扩展性和成本效益。扇出型面板级封装可理解为扇出晶圆级封装的延伸,是在多晶粒集成的需求,加上进一步降低生产成本考量下,衍生的封装技术。因此,扇出型板级封装具备显著效能提升和成本降低优势。其高面积利用率有效减少浪费,同时能够在一次封装过程中处理更多芯片,显著提高封装效率,形成强大规模效应,从而具有极强成本优势。将300mm 晶圆级封装与515x510mm 面板级封装相比,面板级封装芯片占用面积比高到93%,而晶圆级封装则只有64%,直接导致生产过程中生产速率UPH 的巨大差异。根据Yole 数据,FOWLP 技术面积使用率<85%,FOPLP面积使用率>95%,可以放置更多的芯片数,成本也比FOWLP 便宜,从200mm过渡到300mm 大约能节省25%的成本,从300mm 过渡到板级,则能节约66%的成本。

      载体不同致使生产设备及相应系统亟待升级,相关产业链有望持续收益。(1)光刻:佳能在2020 年7 月推出型号为FPA-8000iW 的光刻机,具备对应尺寸最大到515×510mm 大型方形基板的能力。(2)RDL:2016 年Manz 开始进军半导体先进封装领域,2017 年研发并售出第一台用于半导体先进封装FOPLP的湿法化学设备,并于2019 年交付首条半导体板级封装全自动RDL 生产线,面板尺寸也从515mm x 510mm 开始,演进至600mm x 600mm,直至2022 年升级至业界最大的700mm x 700mm 面板,并克服了面板翘曲问题。Manz 新一代面板级封装RDL 生产线,在制程上接续干膜制程,完成线路成型,其均匀性以及填孔能力分别表现在线宽线距可至≥10μm 及盲孔孔径≥25μm。(3)贴片机:在面板级晶粒贴装领域,ASMPT、华封科技等都有相应产品,其相关产品根据UPH 不同都可以达到2.5~7 微米精度。基本可以满足大多数封装产品的需求。(3)封测环节:①中国台湾:力成科技在2018 年打造了全球第一座使用扇出型面板级封装制程的量产基地,正式布局高阶封装领域,已成功运用于联发科PMIC 和音频收发器上;日月光也是最早布局面板级扇出型技术的领导厂家之一,于2019 年底产线建置完成,2020 下半年量产,应用在RF、FEM、Power 和Server 领域;群创光电积极投入面板级先进半导体封装产能,其扇出型面板级封装(FOPLP)产品线一期产能已被订光,并规划于今年第3 季量产出货。②中国大陆:中科四合基于基板湿法工艺全新开发了一套板级扇出封装工艺和生产线,可实现低成本、高散热、大电流、三维集成、低寄生参数的功率芯片/模组解决方案;奕成科技是国内板级高密封装技术领域的领先者,主要从事板级系统封测集成电路业务,载板尺寸为510mmx 515mm,技术平台可对应2DFO、2.xD、3D PoP、Embedded Die 四大板级系统集成技术方案,在芯片偏移控制、翘曲度、RDL 等核心工艺指标上已达行业领先水准;矽磐微电子从事面板级封装业务,面板级封装技术有效解决了Chiplet 封装成本高昂的问题,更适用于功率类半导体封装异构集成化;矽迈微电子建成了国内首条具备量产能力的基板扇出封装生产线,并率先完成工艺开发,客户认证和试验量产,量产产品包括电源管理类,射频类,系统模块等;佛智芯微电子建设国内首条高性价比板级扇出型封装研发线和示范线,旨在打通Chip-First、Chip-Last、3D/SiP 核心工艺。

      投资建议:ChatGPT 依赖大模型、大数据、大算力支撑,其出现标志着通用人工智能的起点及强人工智能的拐点,未来算力将引领下一场数字革命,xPU 等高端芯片需求持续增长。先进封装为延续摩尔定理提升芯片性能及集成度提供技术支持,随着先进封装技术持续推进,各产业链(封测/设备/材料/IP 等)将持续受益。建议关注:封测:通富微电、长电科技、华天科技、甬矽电子、伟测科技;设备:北方华创、中微公司、盛美上海、华峰测控、长川科技、中科飞测-U、华封科技(未上市);材料:华海诚科、鼎龙股份、深南电路、兴森科技、艾森股份、上海新阳、联瑞新材、飞凯材料、江丰电子。

      风险提示:下游需求复苏低于预期;先进封装技术研发不及预期;人工智能发展不及预期;系统性风险。