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ai先进封装行业加速发展,HBM CoUdos 成为重要的增长点。
整体来看,全球先进封装市场稳步增长,渗透率稳步提升。 根据Yole Development数据显示,2021年全球先进封装市场规模约为321亿美元,预计2027年将达到572亿美元,期内复合年增长率约为10%,核心增长动力是先进封装渗透率的快速提升,2021年约为45%,预计2027年将达到52%。
对于中国大陆市场来说,先进封装的渗透率更低,2023年仅为39%左右,明显低于全球(47%)。 未来,受益于对AI、服务器、数据中心、汽车电子等的需求,我们看好国内先进封装市场的加速产能。
从细分技术路线的角度来看,翻转包(FC)仍是先进封装市场的主要参与者,2预计5D 3D封装和FO(扇出)封装的市场规模将迅速扩大。
1)从市场占有率的角度来看根据YOLE数据,2022年全球先进封装市场FCCSSP和FCBGA总量将达到54%,FC仍将是先进封装的主要组成部分。 此外,2022 25D 3D包装约占全球市场的20%,也是重要组成部分。
2)从增长率的角度来看,根据 Yole 的数据,25D 3D、FCCSP 和 FO 封装相对先进,从 2021 年到 2027 年的复合年增长率分别达到 % 和 11%。 受益于对 HBM 和 3D NAND 需求的增加以及堆叠层数的增加,全球 3D 封装市场预计将加速增长,到 2026 年将达到 102 亿美元,2019 年至 2026 年的复合年增长率为 29%。
在短期内,受益AI和HPC需求量大,HBM和CODO需求紧张,明显拉动2对5D 3D封装的需求将成为先进封装的重要增量。
1)HBM(高带宽内存):AI和HPC大大提高了对内存带宽的要求,HBM技术的优势被迅速放大。GPU对大规模并行计算速率的要求不断提高,但计算过程本身需要同时匹配算力、存储容量、传输能力,存储的读取速度和计算的处理速度之间通常存在一定的时间差。
从器件结构来看,HBM是由多层DRAM芯片垂直堆叠在逻辑芯片上,通过TSV工艺实现垂直电气连接。 与传统的 DDR 和 GDDR 内存相比,HBM 具有明显更高的传输速度、更低的功耗和更小的物理尺寸,更适合 AI 和 HPC 等需要大规模数据处理和高计算性能的领域。
hbm产品的快速迭代和3D堆叠层数的快速增加,对3D先进封装技术的需求越来越大。 以海力士为例,堆叠层数从原来的 HBM 增加到 HBM3 的 4 层增加到 12 层,推动最大容量从 1GB 扩展到 24GB。 在HBM3的基础上,为了满足更高级的AI应用,海力士于2023年9月正式推出HBM3E,最大容量36GB,最大带宽超过118TBS,预计2024H1开始量产。 此外,为了满足基于HBM3E的高性能DRAM的应用需求,海力士也在积极推进下一代HBM4的开发和产业化。 从器件技术的角度来看,HBM 的每一次迭代都伴随着 DRAM 堆叠层数的增加,这推动了 3D 先进封装需求的快速增长和技术难度的不断提高。
从需求端来看,算力高GPU陆续推出,高性能HBM需求增长有望加速。
1)英伟达:在 H100 供不应求的背景下,将于 2023 年 11 月推出新的 GPU 平台 NVIDIA HGX H200,使用更先进的 HBM3 或 HBM3E,最多 1凭借 1 TB 的 GPU 内存和 38 TBS 的聚合内存带宽,整体性能指标明显高于 A100 和 H100。 根据《英伟达背后之战:存储巨头争夺HBM》的信息,英伟达GH200预计将于2024Q2交付。
2)amd:2023年12月,小米300X将上市,其中HBM3搭载8套,AI性能约为H100的1倍3倍,HPC性能约为H2的100倍4次。 未来,受益于NVIDIA、AMD等大容量高计算GPU,HBM3及高端系列产品需求将快速增长。
从供应端来看,三星、海力士、美光加快布局HBM有望迎来扩张高峰。 根据TrendForce集邦咨询,HBM市场主要由海力士、三星和美光三大存储公司主导,2022年市场份额为%。 受益于对高性能计算的巨大需求,HBM 三大龙头加快了新一代 HBM 的部署,同时积极扩大生产储备。
1) 海力士:在存储整体低迷的背景下,2023年HBM3营收同比增长5倍以上,实现逆向增长。 根据海力士官网信息,海力士也在积极推进HBM3E的量产和HBM4的研发。
2)三星:HBM3 处理速度高达 64Gbps,带宽高达819GbS,2023年购置三星显示天安工厂部分厂房设备用于HBM生产,同时计划建设一条新的HBM大规模生产包装线,投资7000亿至1万亿韩元。
3) 微米:据IT之家消息,将于2023年11月在台中开设新工厂,专注于HBM3E等的量产,HBM3E计划于2024年初开始大规模出货。
CODOS:与HBM互补,HBM与SoC芯片互联的核心工艺。 从技术角度来看,HBM 具有焊盘数多、基线长度短等特点,25D封装短基线连接过程。 在 2在5D封装方案中,台积电的CoUDos技术可以承载更大的逻辑芯片和更多的HBM堆栈,具有高带宽、低时延等技术优势,已经实现了成熟的量产应用,这是SoC芯片与HBM之间的主流互连工艺。
在高算力需求的驱动下,各大AI芯片厂商纷纷加快先进封装订单,台积电积极扩产COWOS产能。 据经济观察社报道,台积电Codos到2023年底的月产能仅为1台积电拥有5万片晶圆,与前端晶圆制造相比,其先进封装产能相对有限,成为客户扩大生产的主要制约因素。 受惠于AI、HPC等领域的旺盛需求,台积电正在对INFO(一体化扇出型)的部分设备进行改造,以支持COWOS生产,产能有望达到1台70,000片晶圆。 此外,台积电也在为COWOS生产分配更多的晶圆厂产能,预计2024年CODOS封装月产能将逐季增加,最终达到26-2.80,000片晶圆。 未来,CODOS扩容弹性有望快速提升,有望变为25D封装领域的重要增长分支。
先进封装技术路线的快速升级,不断产生新的工艺要求。
1) FC封装:核心工艺变化在于新凸块的制备,涉及光刻、涂胶显影、蚀刻等传统图案化工艺,同时对电镀铜的需求量较高。
2) WLP封装:为了实现晶圆和凸块的电连接,WLP封装主要增加了重新布线层(RDL),主要涉及光刻、胶合显影、蚀刻、溅射沉积、镀铜等传统工艺制备工艺。
3)2.5D 3D包:与 2D 封装相比,硅通孔 (TSV) 为 25D 3D封装的核心增量技术涉及TSV刻蚀、气相薄膜沉积、电镀铜、CMP等工艺。 为了进一步提高设备的集成度,25D 3D封装显著提高了晶圆减薄的技术要求,同时也对临时键合和解键以及混合键合等高密度互连工艺提出了新的要求。
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