随着摩尔定律趋向于极限，当前最小线宽已达到几纳米，进一步缩小特征尺寸变得非常困难，先进制程大芯片的代工价格高速上涨，芯片异构等解决方案开始兴起，先进封装也成为半导体产业的下一个突破方向。当前AI新一波浪潮背景下，芯片对先进封装技术的需求日益提升，CoWoS封装技术成为主流。先进封装业务客户需求强劲，台积电预计供应紧张持续到明年底， CoWoS 产能将增加大约一倍。台积电于2011年开始布局先进封装，2012年台积电与赛灵思共同开发集成电路封装解决方案CoWoS，2013年CoWoS在赛灵思28nm的FPGA上量产，之后随着AI的发展被大量采用，包括英伟达的GP 100、谷歌的TPU 2.0等，该封装技术已成为高性能和高功率设计的实际行业标准。从技术来看，台积电重心在发展扇出型封装InFO（Integrated Fan Out，整合扇出型封装）、2.5D封装CoWoS（
Chip-on-Wafer-on-Substrate，基板上晶圆上芯片封装）和3D封装SoIC（System-on-Integrated-Chips，集成芯片系统）。其中，CoWoS（全称Chip on Wafer on Substrate，）是一项2.5D封装技术，采用的是无源转接板。COW：将计算核心、I/Odie、HBM等芯片封装在Interposer上，即为CoWoS（chiponwaferonsubstrate）的chiponwafer环节。OS：完成CoW封装的整个系统在封装基板上封装，这一步即CoWoS的onsubstrate环节，其封装方式与传统的FCBGA的后段封装基本类似。其主要工艺特点包括：通过微凸点将多颗芯片并排键合至硅基无源转接板晶圆上，形成芯片至晶圆（Chip on Wafer, CoW）装配体；减薄晶圆背面以露出TSV；制备可控塌陷芯片连接（C4）凸点；④切割晶圆并将切好的晶圆倒装焊至封装基板（Substrate）上，形成最终的CoWoS封装。在过去十年间，CoWoS-S技术已经迭代了五代，在中介层尺寸、晶体管数量、存储容量和电源完整性/信号完整性等方面都有了长足的进步。CoWoS平台主要包括三类：CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L。CoWoS-S技术为台积电历史最悠久的技术，是CoWoS平台最大的亮点，适用高速运算产品，是目前HBM与GPU之间封装的主流方案。目前几乎所有的GPU和ASIC都需要芯片和显存/内存的高速连接，并且对于显存/内存而言越大越好。由于对尖峰性能的极致追求，目前的封装方案中只有CoWoS-S能满足需求，而CoWoS-S目前由台积电独家掌握。CoWoS-S为最早开发的系列，芯片通过Chip on Wafer(CoW)的封装制程连接至硅晶圆，再把CoW芯片与基板(Substrate)连接，整合成CoWoS。其采用硅中介层，可以为高性能计算应用提供更高的性能和晶体管密度，主要应用在HBM和HPC。CoWoS-R为扇出型晶圆级封装，采用RDL中介层，利用InFO技术进行互连，更强调小芯片间的互连，使用重布层连接。可以将芯片、HBM和被动元器件等组件集成到有机中介层中，并具有较好的良率和可靠性。CoWoS-L融合CoWoS-S和InFO技术优势，使用夹层与LSI（局部硅互连）芯片进行互连，使用RDL层进行电源和信号传输，能够集成其他元素，例如独立的IPD，位于SoC芯片正下方，支持其信号通信，提供更好的PI/SI。目前看到MI300已经将HBM堆到192GB，预计后续的Training芯片的显存将突破200GB。英伟达、博通、谷歌、亚马逊、NEC、AMD、赛灵思、Habana等公司已广泛采用CoWoS技术。英伟达A100芯片采用台积电7nm工艺，集成超过540亿个晶体管。在封装模式上采用台积电第4代CoWoS技术封装了其A100 GPU系列产品，将1颗英伟达A100 GPU芯片和6个三星电子的HBM2集成在一个1700 mm2的无源转接板上。根据TrendForce集邦咨询统计，英伟达在A100及H100等相关AI Server需求的带动下，对CoWoS产能的需求将大幅提升，加之AMD、Google等高端AI芯片的需求增长，CoWoS产能2023四季度或将供不应求。目前市面上的算力芯片Chiplet方案大多以CoWoS为主，主要封装环节包括中段的晶圆级封装和后段的COW+OS。其中OS封装环节与传统的FC-BGA类似，率先开放给第三方封测厂商。国内主要封装厂商包括长电科技、通富微电、华天科技、甬矽电子、伟测科技等。国产供应链Chiplet方案，中段的晶圆级封装（Bumping）和后段的COW环节将是主要的价值量增量和国产封测厂商发力的主要方向。国内Bumping工艺的领先厂商包括盛合晶微、长电科技、甬矽电子、通富微电等。同时，围绕这些环节的设备、材料供应链有望受益先进封装市场增长带来的增量需求。设备供应商方面，华峰测控、长川科技、新益昌等公司分别在测试机、分选机、探针台、固晶机、焊线机等关键测试封装设备领域实现国产化突破，替代空间广阔。材料供应商方面，IC载板作为集成电路核心封装材料，全球产能集中于日本、韩国和中国台湾地区，国内高端IC载板玩家主要有兴森科技、珠海越亚、深南电路等厂商。整体来看，台积电3D封装结构为世界领先，目前在2.5D/3D封装技术上发展超过十年，为业内2.5D/3D封装的头交椅。其客户定位在本身晶圆代工的高端客户，包含苹果、AMD、Google、英伟达等，自2016年InFO技术推出独享苹果A系列处理器后，台积电在立体结构先进封装领域已经独占鳌头，未来有望持续引领先进的三维封装技术发展。
作者利益披露：转载，不作为证券推荐或投资建议，旨在提供更多信息，作者不保证其内容准确性。
声明：文章观点来自网友，仅为作者个人研究意见，不代表韭研公社观点及立场，站内所有文章均不构成投资建议，请投资者注意风险，独立审慎决策。
