
随着摩尔定律逐渐逼近物理极限,传统芯片制程微缩带来的性能提升和成本优势正在递减。然而,人工智能基础设施对算力的爆炸性需求仍在持续攀升。在这一背景下,半导体行业正将目光投向先进封装与堆叠技术,视其为延续性能增长的新引擎。
芯片堆叠技术,包括2.5D封装(将多个裸片置于中介层之上)和3D封装(将裸片彼此堆叠),正成为提升芯片互连速度、突破“内存墙”瓶颈的关键手段。通过堆叠,多个芯片可以像单个芯片一样高速通信与协同运作,这在AI GPU和ASIC芯片中表现尤为显著。
研究数据显示,2025年全球仅有约每月50万片晶圆采用了堆叠技术,占总晶圆消耗量的7.4%。而到2030年,这一数字预计将猛增至每月350万片,渗透率将达到38%。其中,高带宽内存、NAND CMOS键合阵列以及DRAM CMOS键合阵列将成为增长的主要贡献者。
在高带宽内存制造中,堆叠工艺直接决定了产品的良率和成本。目前,热压非导电薄膜和批量回流模塑底部填充是两大主流技术路线年底,HBM的硅通孔产能将分别达到每月58.6万片和75.8万片。随着HBM4及后续代际产品的推出,无助焊剂热压键合等新技术有望成为主流。
逻辑芯片方面,台积电的CoWoS平台已成为bibo必博官网AI GPU的事实标准,而采用混合键合的SoIC工艺则实现了AMD 3D V-Cache等高性能CPU的量产。预计2026年CoWoS晶圆出货量将增长73%至123万片,2027年再增长47%至177.6万片。AI GPU和ASIC无疑是这一产能扩张的核心驱动力。
除了已经广泛应用的HBM和CoWoS,背面供电网络、NAND晶圆对晶圆键合以及DRAM CMOS键合阵列等新技术正加速走向成熟。
背面供电网络将电源线从芯片正面移至背面,可带来8-10%的速度提升或15-20%的功耗降低。英特尔、台积电和三星预计将从2025年底开始陆续量产该技术。
NAND闪存领域,将CMOS电路与存储单元阵列分别在独立晶圆上制造后再进行键合的方案,已开始被铠侠、长江存储等厂商采用。该技术可提升密度、读写速度并降低功耗。未来,多层晶圆堆bibo必博官网叠有望进一步普及。
DRAM领域同样在探索类似的CMOS键合阵列架构,将存储阵列与外围电路分离制造再键合,可显著节省芯片面积、提升每片晶圆的芯片产出数量,并优化制造工艺和热稳定性。
随着封装复杂度提升,半导体测试的重要性日益凸显。更多堆叠步骤、更高良率要求以及更长的测试时间,共同推高了测试需求。预计到2029年,测试市场增速将加快至约8%的年复合增长率,高于历史6%的水平。从晶圆级到芯片级的全流程测试插入点将显著增加,以确保最终封装的良率和可靠性。
这一系列技术变革正在重塑半导体产业链的价值分配。先进封装设备和材料公司迎来了前所未有的机遇。研磨、切割、键合、测试等环节的设备供应商,以及高端ABF载板制造商,都将成为这场技术升级的核心受益者。
总体来看,先进封装已不再是单纯的“后端工序”,而是与前端制造深度融合、决定芯片最终性能的关键环节。从2.5D到3D,从混合键合到背面供电,堆叠技术正将半导体产业带入一个全新的性能提升周期。