
1月,LexisNexis 發布了“2022年創新動力:全球100強”榜單,其中分析了過去兩年跨行業的創新實力動態。半導體行業是報告分析的三個行業之一,前100強中的大多數半導體公司都與半導體器件制造有關。
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通過在一般層面分析各自的合作專利分類 (CPC) 分類可以確定十個最常見的分類,包括半導體器件制造的典型分類(H01L 21 /00 、H01L 27 /00 、H01L 29/00)以及半導體封裝(H01L 23 /00 、H01L 24 /00 、H01L 25/00)。這引發了一個問題:半導體器件制造和封裝是如何發展的?從專利組合的角度來看,先進封裝的現狀如何?
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使用分類和關鍵詞的組合發現相關專利,可以到追溯制造、封裝和先進封裝的發展。通過上圖可以看到自2010年以來這三個技術領域的發展。設備制造的絕對數量遠大于先進封裝,但后者隨著先進封裝的有效專利家族數量的增加而迅速加速。
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按專利組合實力(專利資產指數)排名前 10 位的先進封裝公司已經出現。上圖顯示了過去三年的平均專利質量(競爭影響)與組合規模;而氣泡大小代表先進封裝組合(專利資產指數)的實力。臺積電擁有三年來最大和最強的產品組合,其次是三星和英特爾。通常情況下,平均專利質量會隨著ASE、英特爾、美光和高通公司的投資組合規模的增加而下降,這表明創新勢頭不利。相比之下,臺積電和三星正在保持甚至提高平均專利質量,這是積極創新的勢頭。
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隨著前三大先進封裝公司的投資組合實力不斷發展,我們可以看到新封裝技術的推出也相應增加:在過去十年中,這些公司推出或宣布了基板上晶圓芯片(CoWoS);混合內存立方體(HMC);高帶寬內存 (HBM),集成扇出 (InFO);扇出面板級封裝(FO-PLP);嵌入式多芯片互連橋(EMIB);集成小芯片系統(SoIC);X-Cube 和I-Cube4;福弗羅斯;全向互連(ODI)和共同EMIB。
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英特爾嵌入式多芯片互連橋 (EMIB)。來源:英特爾
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早在 2010 年,英特爾和臺積電的先進封裝專利組合實力大致相同,而三星則領先于兩者。盡管臺積電一直處于穩步上升趨勢,但三星落后了幾年,直到大約五年前才開始發展。英特爾不那么活躍,現在其先進封裝產品組合的實力似乎正在趨于平緩。
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也就是說,英特爾的方向和口號可能仍然符合更廣泛行業的先進封裝方向。三星、英特爾、臺積電三者之間的開發工作有大量重疊,但每家都有獨特的方法,要么是更專注的技術方向,要么愿意覆蓋所有基礎。
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英特爾以制造微處理器而聞名,其大部分產品開發都圍繞構建新一代服務器和個人計算機設備,這也與先進封裝的方向相呼應。
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英特爾封裝以EMIB和Foveros最為知名。盡管這些技術旨在降低生產成本并提高性能,但重點肯定是高性能計算。這并不是說與英特爾的產品戰略有任何脫節,現代社會需要大量高端馬力的服務器場中擴展計算能力。但英特爾表示,它打算解決代工客戶以及合同包裝問題。英特爾的路線圖信息量巨大,但公開的技術開發似乎針對大型、固定、高性能計算。
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英特爾的先進封裝技術重點更適合解決HPC。從EMIB和Foveros組裝系統的相對成本的角度來看,這合乎邏輯。對于合同客戶,可能推測重點是美國國防。另一方面,三星的目標是通過面板級封裝實現微電子產品的最大組裝量。三星已經真正接受了超越摩爾的方法來繼續創造被稱為半導體行業的巨頭的經濟學。
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說到三星,三星將重點放在智能手表Exynos等設備上。Galaxy Watch于2018年8月首次亮相,搭載Exynos9110組裝在扇出面板級封裝 (FO-PLP) 平臺上,并在同一封裝中集成了應用處理器和電源管理IC (PMIC)。

配備 FO-PLP Exynos 9110 的三星 Galaxy 智能手表。來源:SystemPlus Consulting
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最后,臺積電長期是全球領先的半導體代工廠。多年前,臺積電意識到,要想保持技術領先,需要的不僅僅是硅晶圓級的創新,保持技術革新意味著芯片與其最終組裝之間的協同設計和優化,世界上最大的代工廠開始進軍封裝領域。
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用于 Apple A 系列應用處理器的 TSMC 集成扇出 (InFO) 封裝。來源:SystemPlus Consulting
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通盤查看臺積電的先進封裝方向,可能發現并沒有方向。臺積電的封裝服務套件試圖捕捉所有當前和未來的趨勢,其涵蓋了從超大容量和低成本產品到高性能計算前沿的所有領域。
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IDM和Fabless之間的爭斗將在未來幾年內引起關注。一開始,無晶圓廠的方法都是為了降低成本和傳統的摩爾定律。現在,隨著高性能計算越來越依賴于先進封裝,IDM與Fabless各自的方法再次成為風口浪尖。
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