芯片面板：从圆形到矩形的变革之路

在当今科技飞速发展的时代，AI 芯片的先进封装需求正促使半导体设备与材料行业发生重大转变，开始转向供应矩形面板，以抢占传统圆形硅晶圆的市场份额。

AI 芯片先进封装需求激增，促使设备制造商拉姆研究（Lam Research）和尼康（Nikon）等公司纷纷销售用于面板生产的组件。拉姆研究预计，该业务最早将从 2027 年开始腾飞。一直以来，在为英伟达和 AMD 等客户提供 AI 芯片先进封装方面占据主导地位的顶尖晶圆代工厂台积电，其在异构集成领域的霸主地位可能会受到挑战。委外封测厂（OSAT）正准备在该业务中抢占更多份额。

根据 Yole Group 今年 3 月的报告，在高性能计算（HPC）和 AI 需求的推动下，如今主要支持 PCB 和平面显示器生产的面板级封装（PLP）业务总额，预计将从 2024 年的 1.6 亿美元飙升至 2030 年的 6.5 亿美元。除了三星和顶级芯片封装商日月光（ASE）等老牌企业外，安靠（Amkor）、日本初创晶圆代工厂 Rapidus 乃至台积电等新玩家也纷纷加入。台积电可能在三年内推出其面板级封装技术，用于高端扇出型封装。

拉姆研究董事总经理 Chee Ping Lee 表示，该公司一直在开发用于 300 毫米至 600 毫米面板的互连技术。在面板上进行封装结构制造，可以突破 300 毫米的限制，做到 600 毫米那么大，从而在一个封装上放置更多的裸片，并在单个系统上进行处理。

在 2.5D 和 3D 层面，芯片堆叠技术一直是晶圆代工厂台积电的专属领域，因为它拥有资本密集度较低的芯片封装商所缺乏的昂贵洁净室空间。但如今，像日月光和安靠这样的芯片封装商正在加大对高端设施的投资。10 月 7 日，排名第二的芯片封装商安靠将其在美国亚利桑那州的投资增加了两倍多，达到 70 亿美元，接近台积电和英特尔运营的新大型晶圆厂项目。这项扩大的投资将于 2028 年初为安靠的新设施带来超过 75 万平方英尺的洁净室空间。

AI芯片变得如此之大，以至于它们超过了芯片制造工具的最大光罩尺寸，这限制了晶体管密度和I/O连接，增加了成本并降低了硅晶圆的良率。根据ACM Research的一份报告，英伟达的AI Blackwell架构是一个双光罩封装，这意味着每个芯片的面积约为800平方毫米，这就提出了如何将矩形芯片适配到圆形300毫米晶圆上的问题。报告指出，对于约800平方毫米的芯片尺寸，你可以在一个300毫米的圆形晶圆上放置大约64个芯片。“然而，由于芯片是方形的而晶圆是圆形的，处理芯片时会浪费大量的硅。”

拉姆研究认为，面板的拐点将在几年后到来，届时光罩尺寸将达到4500平方毫米。Lee表示，当光罩尺寸在2030年左右超过7700平方毫米时，面板作为AI芯片中介层将成为一个更具吸引力的选择。

目前，面板已在生产中，例如 600 毫米尺寸的面板正在为低端芯片、射频芯片进行小批量生产。对于 AI 芯片，相关技术仍在开发中，还需要一些时间。一个潜在的新面板供应商是玻璃基板制造商 Absolics，它是韩国 SKC 的关联公司。该公司在 2024 年 5 月获得了美国政府《芯片法案》7500 万美元的拨款，用于投资其在佐治亚州的基板设施。供应链中的主要公司也已宣布进入面板业务，尼康在 7 月开始接受其数字光刻系统 DSP - 100 的订单，该系统专为先进封装应用开发，支持高达 600 平方毫米的大型基板。应用材料公司（Applied Materials）也正在制造用于面板处理的工具。

“硅是一种很好的基板材料，但晶圆是圆的，所以每个基板上你只能制造少量矩形的AI加速器，”应用材料公司异构集成业务部战略营销高级总监Amulya Athayde表示。“凭借我们在处理显示工具市场大尺寸基板方面的经验，应用材料公司在将晶圆处理技术扩展到面板规模方面处于独特的地位。”芯片面板向矩形转变的趋势已逐渐显现，这将对半导体行业的格局产生深远影响。未来，随着技术的不断发展和市场需求的进一步增长，矩形芯片面板有望在半导体领域发挥越来越重要的作用。