
封装,正成为近日半体市场的行业热词。边是光刻机龙头ASML正式把枪口对准封装,边是博通开始出货 3.5D XDSiP 封装平台款 SoC 芯片。
这系列动作的背后,指向个清晰的行业共识:摩尔定律步入下半场,单纯依靠制程微缩的路径已然越走越窄。而封装,正成为半体产业未来十年的关键增长,也是行业核心竞争的全新赛道。
要理解这变革的然,需先穿透制程瓶颈下,芯片行业面临的两大核心困局。
01
芯片微缩,走进死胡同
过去半个多世纪,半体产业的核心叙事始终围绕“晶体管微缩”展开。每次制程工艺的迭代(从28nm到7nm,再到3nm、2nm),本质都是通过缩小晶体管尺寸,在单芯片晶圆上集成多晶体管,从而实现能提升、功耗降低的“双重红利”。这逻辑支撑了行业数十年的速增长,成为芯片产业发展的核心驱动力。
但如今,这条被验证数次的赛道,已触达不可逾越的天花板。
从物理层面看,当晶体管尺寸逼近原子量,传统的硅基CMOS技术面临根本挑战:晶体管栅漏电问题日益严重,量子隧穿应致芯片稳定大幅下降,信号传输延迟难以优化。即便是目前的3nm工艺,其晶体管密度已接近物理限,进步微缩带来的能增益已呈边际递减——每进纳米,所需的技术突破难度呈指数上升。
从成本角度看,芯片制造依赖紫外光刻(EUV)等核心设备,而全球仅少数企业能掌握EUV技术,设备采购成本1.5亿美元/台。同时,制程微缩对原材料纯度、生产环境洁净度的要求近乎苛刻,进步了晶圆厂的运营成本。这点,从台积电的晶圆报价中便可读出:
物理限的束缚与经济成本的重压,共同宣告了“单依赖制程微缩”的时代走向终结。技术路径的瓶颈,倒逼行业跳出“尺寸之争”,寻找新的能提升路径。
而封装,正是破解这双重困局的佳答案。
02
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封装的战场,早已泾渭分明
封装的核心逻辑,是“异构集成、系统重构”——它不再执着于单芯片的制程精进,而是通过封装的技术创新,实现多芯片、异质芯片的整,用系统的全局优化,弥补单芯片的能短板。
目前全球主流的封装技术,主要分为四大路线,每条路线都有自己明确的核心战场、解决的核心矛盾,以及对应的产业格局。
条路线,是2.5D/3D封装,该技术也是当前端力的核心载体。作为AI大模型、HPC、端GPU的刚需技术,2.5D/3D封装主攻致互联带宽与低延迟阿坝海绵胶,直接决定端力芯片的能释放。
其中,2.5D封装通过中介层实现了密度互连—— 中介层多采用硅或玻璃材料,通过重布线层(RDL)与硅通孔(TSV)构建精细互连网络,芯片先与中介层键,再通过中介层连接至基板。硅中介层的布线密度远于传统有机基板,可实现微米线宽与线距,大幅缩短芯片间互连距离,使信号带宽提升 3-5 倍,功耗降低 40 左右;而玻璃中介层凭借低的介电损耗与优的热稳定,成为下代 2.5D 封装的核心材料向。典型应用包括 AI 加速卡、端 GPU(如 NVIDIA H100)、数据中心芯片,台积电 CoWoS、英特尔 EMIB 等技术均是 2.5D 封装的成熟代表,目前已实现大规模量产。
3D 封装则破平面限制,以“垂直堆叠” 实现集成密度的质的飞跃,是端封装的核心形态。其核心逻辑是将多片芯片(逻辑芯片、内存芯片等)垂直叠加,通过硅通孔或混键技术实现层间直接互连,需中介层中转 —— 这也是 3D 与 2.5D 封装的本质区别。英特尔Foveros、三星X-Cube技术现已落地,是下代与旗舰AI芯片的核心向。
这类技术尽管先,但面临成本昂、制造工艺复杂的问题,还受制于供应链度集中(尤其是台积电 CoWoS 产能紧张)带来的产能依赖与生态壁垒。
二条路线,为Chiplet封装。其核心是将庞大SoC拆分为多个芯粒,按需选择优制程代工,再通过封装整实现完整。比如,将关键的模块(如计核心)用制程,把I/O、存储等对制程不敏感的模块用成熟制程,从而在整体能和成本之间取得平衡。AMD便凭借Zen架构Chiplet案,在x86 CPU市场实现了份额的快速攀升。国内面,长电科技、通富微电等龙头已实现规模化突破,多款国产Chiplet架构芯片落地。
Chiplet技术虽然实现了灵活的设计和成本优化,但面临着多芯粒集成带来的设计复杂度、互联标准统难以及潜在的系统协同验证风险。
三条路线,是扇出型封装(Fan-Out)。如果说2.5D/3D是端属,扇出型封装就是实现能与成本平衡的优选案,它摒弃传统基板与引线框架,晶圆直接制造重布线层(RDL),不仅显著缩小了封装体积、提升了散热率,还提供了比2.5D封装具竞争力的成本优势。
扇出型封装尽管价比突出,但在面对致I/O密度和大规模集成需求时,其电气能和设计灵活相比2.5D/3D封装仍存差距。
四条路线,是SiP系统封装。SiP是消费电子、可穿戴设备、物联网、车载电子等碎片化场景的选,核心满足“小体积、全、快落地”需求。通过将处理器、存储、传感器、射频等多类芯片整进单封装体,SiP实现完整系统,具备研发周期短、适配强、集成度的优势,是碎片化需求场景的价比案。苹果iPhone、AirPods全系列大规模采用,国内车载、IoT厂商也依托SiP快速实现产品量产。
虽非参数顶,但SiP是应用范围广、离终端市场近的封装案。
03
光刻机,在封装市场“火出圈”了
可以看到,当前的封装技术,已脱离传统“组装” 范畴,万能胶生产厂家迈入 “微纳制造” 的阶阶段。光刻技术正是这转型的核心支撑。
从技术角度看,晶圆封装(WLP)直接在整片晶圆上进行封装,需要光刻技术定义布线层,精度要求达到纳米;Chiplet 封装技术中,不同芯粒的“互连”需要细线路,须用光刻技术实现 “凸点”“ 重布线层” 的精度制造;3D IC 封装技术中,芯片垂直堆叠后,通孔(TSV)的加工也需要光刻辅助定位。
当下的后端光刻市场,长期由佳能主。如今该域的竞争正在变得发激烈。据悉,ASML已开始供应其封装光刻系统Twinscan XT:260,批出货始于2025年底。XT:260具备的吞吐量,称其生产率达传统系统的四倍。该设备可以处理厚度在0.775到1.7毫米之间的基板,还能缓解因多芯片贴装引起的达1毫米的翘曲。
尼康(Nikon)则计划于 2027 年 3 月切入该赛道,届时将形成佳能、ASML、尼康三竞逐的市场格局,技术路线与成本控制的竞争将进步激化。
AI 力需求的爆发式增长成为封装光刻设备需求的核心驱动力。AI 处理器通过 2.5D/3D 封装将GPU与HBM度集成,以突破存储带宽瓶颈,这架构对中介层(interposer)的线路精度提出纳米要求。台积电 CoWoS 封装产能的快速扩张印证了这趋势:其月产能从 2024 年的 3.5 万片晶圆跃升至 2025 年底的 7 万片,预计 2026 年底将达到 13 万片,而英伟达、AMD 等头部客户的集中下单,直接动了对精度中介层光刻系统的需求激增。值得注意的是,随着封装尺寸持续扩大,制造商正从传统圆形硅晶圆转向矩形基板,以降低材料损耗率,这对光刻设备的基板适配与制程灵活提出了要求。
04
混键设备,封装的另核心支柱
在光刻技术主线路定义的同时,混键设备正以“互连革命” 的姿态,成为封装热潮中的另关键增量。
作为传统热压键与凸点键的升案,混键技术(尤其 Cu-Cu 混键)通过金属与介电质的同步键,将互连间距从传统案的 40μm 压缩至 1-2μm,每平厘米可实现百万连接点,使芯片间数据传输带宽提升个数量,同时降低寄生电阻与功耗,成为 3D IC 堆叠、HBM 制造等端封装场景的选技术。上文四大封装技术也对混键技术提出明确需求,比如3D 封装作为其核心刚需场景,“垂直堆叠” 架构依赖混键实现层间直接互连;Chiplet 封装向端化进阶过程中,AMD 等处理器通过混键解决芯粒间带宽瓶颈。
据悉,ASML正在研发混键设备,并与Prodrive、VDL-ETG两供应商建立技术作。这两企业此前为ASML的EUV光刻机提供磁悬浮系统核心组件,其技术积累将为新型封装设备的精密运动控制提供关键支持。
ASML席技术官Marco Pieters此前公开表示,封装环节的设备创新将成为半体产业新的增长,特别是混键技术能实现芯片间密集的互连,这对设备精度提出要求。若混键设备研发成功,将与ASML现有产品线形成协同应,使其覆盖从晶圆制造到封装测试的全产业链设备供应能力。
而混键与光刻技术的协同,构成了封装的核心制造闭环:光刻技术负责线路与键 pad 的定义,混键设备实现芯片间的密度互连,两者共同支撑起 “微纳制造 + 异构集成” 的封装体系。
05
3.5D封装,巨头们都下场了
面对AI带来的计需求,博通、AMD、英特尔、三星等半体巨头正凭借各自的核心技术案,共同定义3.5D封装。
早在2023年,AMD就发布了业界瞩目的MI300系列AI加速器,成为将3.5D封装技术引入量产的计巨头。AMD的3.5D封装本质上是将台积电两大工艺进行了融创新:既采用了基于Cu-Cu混键的SoIC 3D堆叠技术,将GPU计芯片或CPU芯片垂直堆叠在I/O芯片(IOD)之上,实现了15倍的互连密度提升与致能;同时又依托CoWoS 2.5D硅中介层,将多个3D堆叠模块与HBM3内存进行密度并排互连。这种3D堆叠计芯片+2.5D集成内存与I/O的复架构,正是AMD所定义的“3.5D封装”
博通也于近日宣布了项重要进展:基于其XDSiP 3.5D平台、采用2nm制程的定制计SoC已正式交付富士通,将用于AI集群。该技术由博通于2024年出,其核心“手锏”在于采用了面对面(F2F)混铜键技术。
与传统的“面背堆叠(F2B)”不同,博通直接将2nm的计芯片与5nm的SRAM缓存芯片“正面贴正面”地键在起。这种原子的铜-铜连接,使得每平毫米可达成数万个互联点,大幅提升了芯片间的互联密度,同时显著降低了接口功耗。这种密度、低功耗的互联能力,为力密集型应用提供了基础。据悉,3.5D XDSiP 所采用的 F2F HCB 技术,很可能是台积电 SoIC-X(凸块)堆叠技术的属落地案。和AMD的案类似,尽管该案采用了博通自主研发的设计架构与自动化流程,但因其同时融了 2.5D 集成与 3D 堆叠两种技术,因此被定义为 “3.5D” 封装。
三星的封装技术主要分为两大类:属于2.5D封装的I-Cube和属于3DIC 的X-Cube。与此同时,三星电子的封装(AVP)部门也正在主开发“半体3.3D封装技术”,目标应用于AI半体芯片,2026年二季度量产。 该技术通过安装RDL中介层替代硅中介层来连接逻辑芯片和HBM;并通过3D堆叠技术将逻辑芯片堆叠在LLC上。 三星预计,新技术商业化之后,与现有硅中介层相比,能不会下降,成本可节省22。 三星还将在3.3D封装引进“面板封装 (PLP)”技术。
英特尔也在开发结3D封装和2.5D封装的3.5D封装技术。英特尔代工的系统封装及测试(Intel Foundry ASAT)的技术组,包括 FCBGA 2D、FCBGA 2D+、EMIB 2.5D、EMIB 3.5D、Foveros 2.5D & 3D 和 Foveros Direct 3D 等多种技术。其EMIB 技术系列在芯片互连域取得了重要突破。2.5D 版本采用的嵌入式硅桥技术,其小线宽 / 线距达到 10μm / 10μm,互连密度提升至 1500 个连接点 / mm²。3.5D 版本通过硅通孔 (TSV) 技术实现垂直互连,通孔直径控制在 5μm,宽比达到 10:1,支持多 4 层芯片的立体堆叠。
可以看到,在下代封装——3.5D/3.3D技术开发中,混键技术也均为关键词。
根据Global Market Insights 市场数据显示,该市场预计将从2026年的374亿美元增长至2031年的620亿美元,并在2035年达到953亿美元,预测期内复年增长率为11。未来,设备的技术迭代速度、与芯片设计的协同优化能力,将成为决定 3.5D 封装产业竞争力的核心变量。
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