引言

       半导体产业正处于深度变革的关键时期。随着摩尔定律逐渐失去传统意义上的驱动力，先进制程节点的成本持续攀升，单一芯片的性能提升已无法单纯依赖晶体管尺寸的缩小。面对人工智能（AI）、高性能计算（HPC）、5G通信、云数据中心以及消费电子等领域对计算能力、功耗效率和集成度的不断升级需求，先进封装技术成为突破性能瓶颈、延续行业增长曲线的核心路径。

先进封装不仅是封装环节的延伸升级，更是系统架构与芯片设计范式的全面革新。Chiplet（芯粒化）、扇出型晶圆级封装（FOWLP）、封装叠层（PoP）、2.5D及3D堆叠等技术的快速发展，正在实现多芯片模块化、异构集成和高带宽互连，为系统性能和能效比带来跨代提升。在高性能计算平台中，通过2.5D中介层集成HBM（高带宽存储）已成为行业标准，而混合键合（Hybrid Bonding）与无凸点互连等前沿技术也正加速成熟，推动3D架构的落地。

       与此同时，先进封装的成本与测试难度显著上升，封装良率、互连可靠性以及热管理成为制约大规模应用的关键挑战。如何平衡性能、功耗、成本与产能，已成为芯片设计企业、封测厂（OSAT）及供应链伙伴共同面对的战略命题。

       本报告将全面梳理先进封装技术的产业背景与发展动因，深入分析各类主流封装技术（包括Chiplet、FOWLP、PoP、2.5D、3D等）的结构特点与工艺关键点，并重点探讨其成本模型、测试复杂性以及未来的技术与市场趋势。通过系统化的分析与洞察，为产业链各环节在技术布局、产品规划和市场竞争中提供参考和战略建议。

报告全篇共237页，我放在了知识星球

一、先进封装技术概述

1.1 先进封装的产业背景与发展动因
       半导体行业正在经历深刻变革，性能提升、功耗优化及系统小型化的需求不断加剧。随着传统晶体管缩放趋缓，单一芯片设计难以持续满足高性能与低成本的要求。先进封装技术通过多芯片整合与系统级优化，成为推动下一代电子产品发展的关键路径。TechInsights凭借在市场分析、技术预测及反向工程等方面的深度积累，系统研究了封装技术在成本控制、设计复杂度与制造效率方面的战略价值。

1.2 摩尔定律放缓与“More than Moore”的趋势
       电路密度的线性扩展正逐步放缓，先进制程节点的单位面积成本持续上升。为了突破摩尔定律的限制，产业界开始通过“More than Moore”策略，借助封装层面的创新实现系统功能的多维集成。当前的设计趋势包括：更高的接口带宽（如PCIe、以太网、DDR系列）、更丰富的应用加速器（如NPU）、以及针对多元化应用需求的灵活硬核IP复用。这些趋势推动了2.5D、3D、Chiplet等先进封装架构的快速应用。

 1.3 芯粒化（Chiplet）与异构集成对封装的推动作用
       Chiplet（芯粒化）设计通过将复杂SoC分解为多个功能芯粒，利用成熟制程与先进封装技术进行异构集成，大幅提升设计灵活性和成本效率。先进封装在多芯粒互连、信号完整性及功率传输等方面扮演了核心角色。高带宽存储器（HBM）与处理器的紧密耦合是典型应用案例，借助2.5D硅中介层、嵌入式桥接（EMIB）及3D混合键合，Chiplet架构可以实现更高的数据吞吐量和更低的延迟。

1.4 先进封装技术的战略意义与应用前景
       先进封装已成为高性能计算、人工智能、5G通信和消费电子等关键领域的核心竞争力。其优势不仅体现在提升计算效率与系统带宽，还能在空间受限和功耗敏感的应用场景中提供更优解决方案。TechInsights的分析数据及CAPM（封装与测试成本模型）帮助设计团队在产品开发初期优化方案、降低制造风险。未来，随着HBM3/3e、3D混合键合以及Fan-Out等新技术的成熟，先进封装将继续成为驱动半导体行业增长的重要引擎。

二、先进封装的主要类型与定义

       先进封装技术通过创新的互连结构、材料与架构设计，实现了更高的集成度与系统性能。TechInsights对当前主流先进封装类型与关键概念进行了系统性定义和说明，涵盖从芯粒化（Chiplet）到2.5D、3D集成等多维度方案。

2.1 Chiplet（芯粒）
       Chiplet（或称“Tile”）是一种模块化芯片设计方法，要求芯粒为已知良品（KGD）并支持封装级测试。其设计重点在于优化I/O焊盘间距（Pad Pitch）与信号串扰抑制，以匹配下一层封装的布线间距。Chiplet通常不适用于驱动大负载或长距离传输线路，而是依赖高密度互连实现功能整合。TechInsights利用战略成本与价格模型，对单片SoC及Chiplet、硅中介层（Interposer）和TSV的成本进行了建模。

2.2 Microbump与高密度互连
       Microbump技术主要用于“3D”垂直堆叠封装中，例如高带宽内存（HBM3）堆叠中25μm间距的Die-to-Die微凸点互连。其工艺要求在芯片与下一级封装层之间实现高密度互连，以支持高速信号传输和功率分配。

2.3 Hybrid Bonding（混合键合）
      混合键合是一种无需中介微凸点的垂直芯片连接方式，通过在芯片表面形成由介质层和金属互连区组成的“混合”界面，并通过热压缩过程形成电气连接。其互连间距极为紧凑，常用于Die-to-Die的Face-to-Face或Face-to-Back键合，以满足更高带宽与更低延迟的需求。

2.4 Interposer（中介层）
       Interposer作为芯片与封装基板之间的中间层，提供局部互连和高带宽通道。其分为硅中介层和有机中介层：

• 硅中介层：用于2.5D封装，支持高线宽/线距布线和大带宽接口（如CPU与HBM之间的连接），并使用标准硅光刻技术。有机中介层：利用印刷电路板工艺，成本更低，适合部分性能需求较低的应用。

部分大型硅中介层超过单次光刻的最大掩膜尺寸（Reticle Size），需要“拼接”（Stitching）技术。行业预计2027年将实现9倍最大掩膜尺寸的硅中介层量产。

2.5 Redistribution Layer（RDL）重布线层
       RDL是封装中用于重新分配芯片焊盘位置的金属布线层。它既可存在于硅中介层上，也可在扇出型重组晶圆（FOWLP）中实现。RDL的关键参数包括线宽/线距（Pitch）与层数。大尺寸硅中介层中的RDL通过多次金属“拼接”工艺实现。

2.6 High Bandwidth Memory（HBM）堆叠
       HBM采用多层DRAM芯片垂直堆叠并通过Microbump实现高速互连，底部控制器ASIC芯片负责与主处理器通信并支持后续测试。随着未来HBM迭代，混合键合将逐渐取代传统Microbump，以支持更高层数的堆叠，同时维持整体封装厚度与性能。

2.7 Through-Silicon Via（TSV）
       TSV是穿过硅中介层或封装基板的垂直互连通道，用于实现芯片背面接触。其关键指标包括最小间距（Pitch）、纵横比（Aspect Ratio）以及电阻/电容特性。TSV也是HBM堆叠的重要工艺环节，用于实现DRAM层间的垂直互连。

2.8 Underfill、TIM与Stiffener

• Underfill（底部填充材料）：用于2.5D封装的芯片与中介层之间，增强结构的机械强度并防止湿气渗入，同时缓解热膨胀系数差异造成的应力。

• TIM（热界面材料）：用于高功耗封装中，填充芯片与散热片之间的间隙，降低热阻并提高散热效率。

• Stiffener（金属加固框架）：应用于大面积封装，提升结构刚性，减少因热循环和装配过程导致的翘曲与变形。

2.9 集成无源器件（IPD）
       先进封装中常集成额外的去耦电容或其他无源器件，直接布置于封装基板底部，以缩短电气路径并改善高速切换时的电源完整性。

三、典型先进封装方案分析

       先进封装技术在结构、工艺与应用上呈现多样化趋势，其中扇出型封装（FOWLP）、封装叠层（PoP）、2.5D封装、3D封装及其混合形态已成为当前的主流方案。TechInsights通过具体案例分析了这些封装技术的结构特征与应用优势。

3.1 FOWLP（Fan-Out Wafer-Level Packaging）
       FOWLP是一种低成本、适用于中等引脚数的2.5D封装技术，源自芯片级封装（CLP），在I/O数量超过裸芯片面积时具有显著优势。其基本工艺流程包括：

• 将已切割的裸芯片正面朝下放置于粘附层上；

• 通过环氧材料重新构建“再造晶圆”，确保精确的芯片位置；

• 在环氧层上制作金属重布线层（RDL），并在其顶部形成焊球凸点。

       近年来，FOWLP已扩展至多芯片集成，可在同一再造晶圆中实现多裸片的面内互连。TechInsights的分析（如Qualcomm QET7100封装案例）展示了FOWLP的横截面结构、RDL金属布线细节以及焊点冶金特性。

3.2 PoP（Package-on-Package）
       PoP是一种典型的3D垂直集成封装方案，将已完成封装的器件堆叠在一起，通过有机中介层实现垂直互连。下层封装通常为处理器或逻辑芯片，上层封装则为内存模块（如LPDDR5X）。

• 以MediaTek Dimensity 9400为例，下层处理器采用倒装芯片（Flip-Chip）技术安装在三层PWB基板上，并通过环氧封装与互连通孔（Via）与上层有机中介层相连。

• 上层内存封装则为4颗LPDDR5X裸片的双堆叠，安装在独立的三层PWB上。

       这种架构不仅提高了系统的集成度，还缩短了逻辑与内存之间的信号路径，有助于提升整体带宽。

3.3 2.5D封装
       2.5D封装通过中介层（Interposer）实现多芯片在平面方向的并排互连，是高带宽存储（HBM）与处理器集成的核心技术路径。

• 3.3.1 与HBM的集成方案：JEDEC标准定义了HBM堆叠的物理结构和信号接口。早期HBM1的实现（如AMD Radeon R9 Fury X GPU）采用4颗256MB DRAM裸片的堆叠，通过硅中介层与GPU互连。

• 3.3.2 大面积硅中介层与成本挑战：随着HBM3和HBM3e的兴起，2.5D封装对大尺寸硅中介层的需求不断增加。例如，NVIDIA Hopper GPU采用6堆HBM3（总容量96GB）与TSMC CoWoS-S中介层，后者尺寸达到47.2mm × 34.6mm，接近2倍最大掩膜尺寸。

• 3.3.3 Embedded Bridge（嵌入式桥接）技术：为了降低大面积硅中介层的制造成本，Intel提出EMIB（嵌入式多芯片硅桥），将小尺寸硅桥嵌入有机基板，实现高密度互连。以Intel Xeon CPU Max 9462为例，该设计采用14个EMIB桥接，实现4颗CPU裸片与4堆HBM2e的互连，基板为24层有机叠层结构，尺寸为100mm × 56.5mm。

  

3.4 3D封装
       3D封装通过垂直堆叠多个功能裸片，并借助TSV、Microbump或Hybrid Bonding实现高密度互连。

• AMD MI300系列是3D封装的代表性案例，其结构包括GPU加速芯片（XCD）、Zen 4 CPU核心（CCD）与I/O芯粒（IOD）的3D混合键合，并通过2.5D硅中介层连接8堆HBM3存储。

• 这种多层互连结构在封装面积受限时能显著提高集成度和带宽，同时降低功耗。

3.5 2.5D与3D的混合系统集成
       最复杂的先进封装方案通常结合2.5D与3D技术，以形成“类SoC”的完整系统级封装。例如AMD MI300系列不仅利用3D混合键合实现垂直集成，还在其底部通过2.5D中介层并排集成多个HBM3堆栈，最终形成集高带宽、低延迟与多功能模块于一体的先进封装体系。

四、先进封装的成本与测试分析

         先进封装的制造与测试过程相较传统封装方案更为复杂，涉及多芯片互连、硅中介层加工、TSV、Hybrid Bonding以及多层有机基板等高成本工艺。TechInsights通过其独特的 Assembly and Test Cost & Price Model（CAPM） ，对先进封装方案的成本结构与测试环节进行了详细建模和分析。

4.1 Assembly and Test Cost & Price Model (CAPM)
       TechInsights的CAPM模型可为多种封装技术提供精确的成本估算，包括：

• Package-on-Package（PoP）：考虑底层逻辑芯片与上层存储封装的独立成本及集成复杂度。

• Embedded Bridge与硅中介层（Si Interposer）：对嵌入式硅桥（EMIB）、大面积硅中介层的制造、互连以及RDL层工艺成本进行建模。

• TSV与HBM堆叠：涵盖DRAM裸片堆叠、TSV填充、Microbump键合及后续封装测试环节的成本。

该模型结合晶圆级成本模型（Wafer-level CAPM），可构建从芯片制造到封装测试的 全流程系统成本预测，帮助企业在产品开发早期做出合理的封装技术与成本决策。

4.2 单芯片与异构集成封装的成本比较
       与单一SoC设计相比，基于Chiplet的异构集成方案可在制程选择和设计灵活性方面降低部分晶圆制造成本，但封装端的复杂性和成本显著增加。例如：

• 采用2.5D中介层或3D堆叠的方案需要多次晶圆级对准与互连工艺，这些工艺直接推动了封装成本上升。

• 对于HBM等高带宽存储集成，随着堆叠层数增加，Microbump或Hybrid Bonding的成本亦呈指数增长。

• PoP与FOWLP等方案在中低端应用中具备一定成本优势，但在高性能计算和AI应用中往往需要结合复杂的2.5D/3D技术，导致整体封装成本上扬。

4.3 测试复杂度与设计优化策略
     先进封装中，多芯片结构显著增加了测试难度：

• KGD（Known Good Die）测试：为确保多芯片模块的良率，每颗芯粒必须在封装前通过严格的KGD筛选，以避免单颗芯片失效导致整体封装报废。

• 封装级互连测试：需要针对Microbump、TSV及RDL等关键互连环节进行电气与机械可靠性验证。

• 系统级测试（SLT）：对封装后的多芯片系统进行全功能测试，以确保在目标应用下的稳定性和性能。

设计优化策略包括：

• 在芯粒设计阶段预留嵌入式测试点和冗余互连，以降低封装后测试难度；

• 通过标准化接口设计提升芯片复用率，降低测试覆盖复杂度；

• 利用仿真工具和失效分析模型，提前预测互连环节的潜在问题并制定预防方案。

      随着摩尔定律的放缓和系统级性能需求的不断提升，先进封装技术正成为半导体行业的核心驱动力。通过Chiplet、2.5D、3D封装及其混合架构的创新，先进封装为高性能计算、AI、5G、消费电子等应用提供了突破性解决方案。TechInsights基于其深入分析与反向工程数据，对未来技术与市场趋势做出以下展望。

5.1 新一代HBM3/3e的发展与封装挑战
       高带宽存储（HBM）的演进是推动2.5D和3D封装快速增长的重要动力。HBM3与HBM3e在带宽、容量与功耗上的性能提升，对中介层面积、Microbump间距及互连密度提出更高要求。

• NVIDIA Hopper GPU已采用6堆HBM3（每堆包含8层16Gb DRAM，合计96GB）与TSMC CoWoS-S硅中介层，展示了大面积中介层与高层堆叠的技术可行性。

• 未来，混合键合（Hybrid Bonding）将逐步取代传统Microbump互连，以支持更多DRAM层堆叠并减少总厚度，提升封装可靠性和信号完整性。

5.2 高性能计算（HPC）与AI芯片对封装的需求
       HPC与AI工作负载对内存带宽、计算密度与能效比的需求极为苛刻，这推动了Chiplet和HBM的深度整合。

• AMD MI300系列通过3D混合键合与2.5D硅中介层实现CPU、GPU及HBM3的系统级融合，是先进封装在HPC领域的标志性案例。

• Intel Xeon CPU Max 9462采用EMIB技术，将4颗计算芯片与4堆HBM2e进行高密度互连，降低了传统大面积硅中介层的制造成本。

5.3 硅桥、Fan-Out等低成本方案的潜力
       面对大面积硅中介层的高昂成本，嵌入式硅桥（EMIB）与Fan-Out封装方案成为行业的低成本替代路径：

• EMIB通过小尺寸硅桥嵌入有机基板，减少大尺寸硅片的使用，同时保留高互连密度。

• **Fan-Out（FOWLP）**为中低引脚数、多芯片集成提供灵活方案，其工艺成本低于2.5D硅中介层，适用于移动终端和功耗敏感型应用。

5.4 2027年及以后先进封装技术路线预测
       根据TechInsights的分析，未来先进封装将呈现以下趋势：

• 硅中介层尺寸将突破当前最大掩膜限制，2027年预计可实现约9倍最大掩膜尺寸的大面积硅中介层量产；

• 混合键合与无凸点互连技术（Bump-less Bonding）将逐步成熟，显著提高互连密度；

• AI与HPC应用将进一步推动HBM3e及后续迭代版本的采用，封装架构朝向2.5D+3D的复合集成演进；

• 在成本与性能平衡的驱动下，Fan-Out、Chiplet标准化接口及低成本硅桥将加速普及。