芯片封裝發(fā)展史：從單芯片封裝過(guò)渡到多芯片封裝再到系統(tǒng)級(jí)封裝

封裝技術(shù)，是芯片產(chǎn)業(yè)必不可少的一環(huán)，就像人需要穿衣服一樣，芯片生產(chǎn)出來(lái)需要封裝。一個(gè)芯片生產(chǎn)出來(lái)不封裝是無(wú)法直接使用的，封裝既是對(duì)芯片的保護(hù)，也是為了給芯片提供一個(gè)對(duì)外交流的接口。封裝的設(shè)計(jì)，就像給人穿衣服一樣，要對(duì)芯片知冷知熱，芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量必須通過(guò)封裝外殼高效地傳導(dǎo)出來(lái)，避免芯片燒毀，封裝好的芯片可以隔絕空氣減少元器件和電線氧化失效。同時(shí)，芯片封裝又不僅僅是穿衣服那么簡(jiǎn)單，你可以理解成高檔的燈具絕不是簡(jiǎn)單地把電燈泡包起來(lái)。通過(guò)封裝，可以讓多個(gè)芯片整合在一起，發(fā)揮1+1大于2的功效。對(duì)于有些領(lǐng)域，封裝的成本甚至?xí)^(guò)芯片本身，可見芯片封裝的重要性。

早期的芯片封裝確實(shí)比較簡(jiǎn)單，只是把芯片給包裝起來(lái)，并給芯片提供一個(gè)對(duì)外的接口。大家看過(guò)電路板的話，那些有兩排插腳像短蜈蚣一樣的元器件，就是使用早期的封裝技術(shù)。但是隨著芯片性能的不斷提高，早期的封裝技術(shù)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法符合要求了。后來(lái)有了方形芯片四面都是插腳的封裝方式，再后來(lái)又發(fā)展出了焊球陣列封裝。從外觀上看只是接口形式的變化，但是從內(nèi)部看卻越來(lái)越復(fù)雜。

芯片封裝從單芯片封裝過(guò)渡到多芯片封裝再到系統(tǒng)級(jí)封裝。單芯片封裝方面，從注重接頭效率，到注重封裝效果，比如芯片尺寸封裝，像手機(jī)這樣的設(shè)備要求封裝以后的芯片越小越好，也就是芯片封裝外殼越小越好，哪怕封裝后的芯片比別人大一點(diǎn)或者厚一點(diǎn)，都有可能成為被客戶放棄的理由。當(dāng)初臺(tái)積電從三星手里面搶奪蘋果訂單，就是依靠理念更先進(jìn)的封裝技術(shù)。

這是近50年來(lái)芯片制成的發(fā)展曲線，其中第一個(gè)采用1萬(wàn)納米的CPU是英特爾的4004，第一個(gè)采用5納米制成的是水果公司的A14，下面說(shuō)一下芯片之城到底是什么鬼東西，也就是我們所說(shuō)的七納米、十納米，這些到底指的是什么?還有它們都采用了什么工藝?

這些工藝大致可分為兩類，在22納米之前，采用的是平面晶體管工藝，而22納米到現(xiàn)在的5納米，采用的是3D晶體管工藝。你看，這是一個(gè)平面晶體管，這是他的源極，這是漏極，這是它的通電溝道，這是絕緣層，這是柵極，當(dāng)我們給柵極施加電壓時(shí)，MOS管導(dǎo)通，電子從源極流向漏，即我們所說(shuō)的制程工藝就是這個(gè)溝道的長(zhǎng)度。

另外，臺(tái)積電也傳來(lái)了新消息，已經(jīng)獲得了大量新的芯片訂單，情況是這樣的。

都知道，蘋果芯片訂單都是臺(tái)積電代工生產(chǎn)制造的，蘋果自研的5G射頻芯片訂單也將交給臺(tái)積電代工，全部都是采用6nm工藝。

最關(guān)鍵的是，臺(tái)積電獲得了大量的4nm、3nm以及2nm芯片訂單。

據(jù)悉，高通已經(jīng)將大量4nm芯片訂單轉(zhuǎn)移到臺(tái)積電，即便是3nm芯片，其也全部給了臺(tái)積電，而蘋果和英特爾的3nm芯片訂單也基本上都落到臺(tái)積電手中。

但沒有想到的是，由于三星4nm芯片的良品率低，已經(jīng)導(dǎo)致高通不滿意，消息稱，高通已經(jīng)將部分4nm芯片訂單交給了臺(tái)積電代工生產(chǎn)。

即便是2nm芯片訂單，甚至可以預(yù)期到 2025 年的 2nm 訂單都已經(jīng)有排期。

由于臺(tái)積電獲得了大量5nm以下制程的芯片訂單，其預(yù)計(jì)年?duì)I收復(fù)合增長(zhǎng)率為10%到15%，結(jié)果也修正為15%到20%之間。

4nm、3nm、2nm都來(lái)了，超2000億美元也不好使

據(jù)悉，大量的5nm以下制程的芯片訂單流向臺(tái)積電，主要就是因?yàn)榕_(tái)積電良品率高，產(chǎn)能大，畢竟，臺(tái)積電拿下了全球63%以上的EUV晶圓。

長(zhǎng)電科技官宣，稱已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)目前4nm手機(jī)芯片的封裝工藝，除了4nm工藝的封裝以外，PC、筆記本等電腦設(shè)備所用的CPU，以及顯卡GPU等顯示芯片也可以完成封裝，這也意味著國(guó)內(nèi)的技術(shù)已經(jīng)能正式接受封裝的代工需求。

這預(yù)示著國(guó)產(chǎn)制造廠的有一大突破，4nm工藝為目前半導(dǎo)體行業(yè)的主要需求，能夠完成封裝工藝無(wú)疑是個(gè)好消息。

近日，多款采用4nm制程芯片的手機(jī)，被用戶吐槽存在發(fā)熱量高和功耗高等方面的問題。據(jù)了解，此次涉嫌功耗過(guò)熱的3款頂級(jí)手機(jī)芯片，分別是高通驍龍8Gen1、三星Exynos2200、聯(lián)發(fā)科天璣9000，均為目前各廠商高端芯片的代表。同時(shí)，天璣9000的生產(chǎn)商是臺(tái)積電，Exynos2200和驍龍8Gen1的生產(chǎn)商是三星，為排名前兩位的芯片代工制造商。

去年年初，5nm芯片就因發(fā)熱問題被頻頻吐槽，如今4nm芯片再度陷入同樣的困境：先進(jìn)工藝制程芯片存在漏電流問題，導(dǎo)致發(fā)熱量過(guò)高，似乎已經(jīng)成為一種“魔咒”，是芯片制程工藝最大的障礙之一。芯片的制程工藝仍在不斷延伸，未來(lái)如何有效破解漏電“魔咒”已經(jīng)成為整個(gè)芯片制造領(lǐng)域的努力方向。

短溝道效應(yīng)帶來(lái)挑戰(zhàn)

一般情況下，根據(jù)登納徳縮放比例定律，隨著芯片尺寸的縮小，所需的電壓和電流也會(huì)下降，由于功耗會(huì)受電壓和電流的影響，當(dāng)制程工藝提升、電壓和電流隨之下降時(shí)，其芯片產(chǎn)生的功耗也會(huì)降低。臺(tái)積電表示，與7nm工藝相比，同樣性能下5nm工藝的功耗降低30%，同樣的功耗下則性能提升了15%。

在過(guò)去那2年半導(dǎo)體超級(jí)周期里，終端市場(chǎng)的火熱使得芯片設(shè)計(jì)企業(yè)紛紛對(duì)晶圓代工廠做出了長(zhǎng)期購(gòu)買的承諾，現(xiàn)如今受到通貨膨脹加劇、消費(fèi)電子疲軟等一系列的影響，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了下行期，這也導(dǎo)致曾經(jīng)芯片廠商的大幅拉貨成為了現(xiàn)在急需清理的庫(kù)存。

當(dāng)然根據(jù)芯片種類的不同，庫(kù)存水位也有所差異。據(jù)MoneyDJ新聞報(bào)道，MCU、驅(qū)動(dòng)IC等通用芯片產(chǎn)品目前普遍庫(kù)存水位大多偏高，4-5個(gè)月以上都有;而模擬芯片等產(chǎn)品品項(xiàng)多、數(shù)量多，因此目前庫(kù)存水位相對(duì)沒有那么高，但預(yù)期今年的庫(kù)存也會(huì)比起去年增加。

臺(tái)積電在日前的法說(shuō)會(huì)中指出，目前半導(dǎo)體供應(yīng)鏈庫(kù)存調(diào)整需要幾個(gè)季度，可能將持續(xù)到2023年上半年。對(duì)此，IC設(shè)計(jì)業(yè)者大多認(rèn)為，庫(kù)存去化完畢、再次回補(bǔ)庫(kù)存的時(shí)間點(diǎn)會(huì)落在第4季，最晚則是到年底到農(nóng)歷年前。

為了盡快達(dá)到供需平衡，芯片廠商們開始新一輪花式清庫(kù)存。

第一種方式就是降價(jià)，這也是最直接的一種方式，比如近幾年乘著數(shù)據(jù)中心東風(fēng)，市值一路飆升的英偉達(dá)。由于消費(fèi)市場(chǎng)的疲軟，以及挖礦浪潮的褪去，今年顯卡的價(jià)格開始下跌，從最新一季度財(cái)報(bào)來(lái)看，英偉達(dá)游戲業(yè)務(wù)營(yíng)收環(huán)比下滑44%，英偉達(dá)創(chuàng)始人黃仁勛直接表示：“隨著季度的推進(jìn)，我們的游戲產(chǎn)品銷售預(yù)期開始顯著下降，在公司判斷宏觀條件對(duì)銷售側(cè)的影響將持續(xù)后，與合作伙伴采取了調(diào)整渠道價(jià)格和庫(kù)存的策略。

黃仁勛的此番言論也意味著，英偉達(dá)后續(xù)可能下調(diào)手頭庫(kù)存的顯卡價(jià)格。據(jù)了解，此前，英偉達(dá)曾推出了一項(xiàng)活動(dòng)，凡是購(gòu)買旗下GeForce RTX 3080/3080 Ti/3090/3090 Ti顯卡或整機(jī)、游戲本等產(chǎn)品的消費(fèi)者，可以免費(fèi)獲得《幽靈線：東京》和《毀滅戰(zhàn)士：永恒》兩款3A游戲大作。此舉雖然沒有降低顯卡價(jià)格，但是通過(guò)贈(zèng)送游戲，也算是一種變相降價(jià)促銷的手段。

英偉達(dá)還警告稱，它將在 2023 財(cái)年第二季度從收益中計(jì)提 13.2 億美元的費(fèi)用，其中包括游戲 GPU 庫(kù)存的沖銷以及在“安培”一代期間與其 GPU 代工合作伙伴(主要是臺(tái)積電)的采購(gòu)承諾。

第二種，就是降低晶圓廠投片量。據(jù)臺(tái)媒工商時(shí)報(bào)報(bào)道，由于受到消費(fèi)市場(chǎng)較大的影響，手機(jī)芯片廠商聯(lián)發(fā)科近期也加大了庫(kù)存去化力度，其中就包括降低在臺(tái)積電以外的晶圓代工廠投片量，不過(guò)，減少的訂單并沒有全部取消，而是要求投片時(shí)間延后，同時(shí)要求封測(cè)廠配合調(diào)整生產(chǎn)安排，包括舊產(chǎn)品封測(cè)暫停生產(chǎn)，并將晶圓庫(kù)存暫時(shí)寄放在封測(cè)廠，新產(chǎn)品封測(cè)降載生產(chǎn)，并拉長(zhǎng)交貨時(shí)間。業(yè)界消息顯示，聯(lián)發(fā)科為了降低庫(kù)存，第二季度已開始對(duì)晶圓代工廠投片量進(jìn)行調(diào)整。

聯(lián)發(fā)科執(zhí)行長(zhǎng)蔡力行在近期舉行的在線法人說(shuō)明會(huì)上表示，近幾個(gè)月高通膨影響消費(fèi)者信心，總體經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)增加了市場(chǎng)需求的不確定性，亦導(dǎo)致芯片需求的下降。觀察到客戶及銷售通路已開始積極調(diào)整庫(kù)存，預(yù)期未來(lái)的2至3個(gè)季度都還會(huì)持續(xù)調(diào)整。郭明錤的最新報(bào)告指出，聯(lián)發(fā)科針對(duì)中低階產(chǎn)品，四季度的的出貨目標(biāo)已砍30–35%

除了聯(lián)發(fā)科外，據(jù)Digitimes報(bào)道，蘋果、AMD、以及英偉達(dá)也罕見下調(diào)臺(tái)積電的訂單量。據(jù)透露，蘋果下調(diào)規(guī)模未知，但iPhone新機(jī)首批出貨量減少一成，此前預(yù)計(jì)iPhone 14 系列首批出貨量約 9000 萬(wàn)部;AMD削減第四季度至2023年首季約2萬(wàn)片的7/6納米制程訂單;英偉達(dá)向臺(tái)積電表明將延遲且縮減首波訂單。

第三種方式，則是漲價(jià)。在市場(chǎng)需求不振的當(dāng)下，英特爾、高通等芯片大廠卻傳來(lái)漲價(jià)的消息。對(duì)于大廠們的漲價(jià)舉措，DigiTimes 稱Intel 打算近期提高 CPU 價(jià)格的策略來(lái)激進(jìn)計(jì)算機(jī)供貨商立即購(gòu)買更多數(shù)量的產(chǎn)品。騰旭投資投資長(zhǎng)的程正樺也分析指出，現(xiàn)在是IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)正在清庫(kù)存，但不久后又有新的芯片要進(jìn)來(lái)了，由于市場(chǎng)需求實(shí)在太爛，廠商以另一個(gè)角度思考，反正降價(jià)賣不動(dòng)，就告訴客戶明年要漲價(jià)，現(xiàn)在就快點(diǎn)把貨拉走，先度過(guò)這波景氣修正，至于明年漲價(jià)的細(xì)節(jié)，明年再說(shuō)。