今年7月，为进一步加速美国先进封装产能建设，美国商务部宣布推出高达16亿美元的研发激励举措。此前的4月，日本经济产业省为旨在实现尖端半导体国产化的半导体企业Rapidus公司追加提供最多5900亿日元补贴，其中超过500亿日元用于先进封装技术研发。近来，由于先进封装可以大幅提高芯片良率、降低设计复杂度及减少芯片制造成本，已成为美日对华半导体竞争的最前沿。
摩尔定律放缓，封装技术重要性凸显
制造半导体产品首先是根据所需功能设计芯片，其后进入制程工序，前端主要是晶圆制作和光刻，后端主要是芯片的封装。根据摩尔定律（由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出的观察性规律，揭示了信息技术进步的速度，特别是集成电路中晶体管密度的指数级增长），芯片可容纳的晶体管数量大约每18至24个月翻一番，处理器性能也会提升一倍，同时价格下降为之前的一半。摩尔定律对半导体产业发展起到了重要指引与推动作用。过去，为延续摩尔定律，企业往往以提升单个芯片性能为目标，在晶体管缩放技术上不断探索，聚焦半导体制造前端工艺。但是，随着产业数字化、智能化快速发展，特别是新一代科技变革中人工智能爆发式发展，世界对计算的需求呈现指数级增长，对性能更强、功耗更低、更具性价比的芯片需求大幅增加。而随着晶体管缩小逼近物理极限，同时存在短道沟效应导致的漏电、发热和功耗严重等问题，摩尔定律放缓，先进封装技术成为超越摩尔定律的重要赛道。先进封装以提升系统性能为目标，通过优化芯片间互连，将多个不同性能的芯片集成在一个系统内，进而在系统层面实现算力、功耗和集成度等方面的提升，从而突破摩尔定律限制。先进封装技术是半导体技术发展的必然方向，随着人工智能、高性能计算等应用对于先进封装的需求快速提升，其产业发展前景广阔。因此，技术领先的国家不仅在全球半导体价值链重塑中拥有更大优势，而且其优势可扩大至对先进封装高需求的其他领域。
美日“强强联合”，布局先进封装领域
美日均为全球半导体供应链中的关键参与者，两国联手后将在先进封装所需设备与材料领域形成显著优势。美国是全球半导体产业的领导者，占据全球半导体供应链总价值的40%左右，在研发投入、芯片设计、制造技术与工艺方面保持领先地位，美日企业大约供应了全球70%左右的晶圆厂设备。先进封装生产线设备由芯片封装原有后道设备与新增中前道设备构成，美国企业在薄膜沉积设备、刻蚀设备、键合机、电镀设备等领域的市场占比较高，而日本在光刻机、涂胶显影设备、划片机、减薄机、清洗设备等领域具有领先优势，并且在主要零部件领域占据全球50%左右的市场份额。因此，美日企业几乎联合主导了先进封装所需的主要设备领域。日本在先进封装材料领域具有显著优势，弥补了美国发展先进封装技术的不足。日本占据全球半导体材料60%以上的市场份额，并且在封装材料领域如引线框架、键合线、晶圆膜、芯片粘结材料、底部填充材料及热界面材料等占据较大的市场份额，在先进封装所需的部分核心材料领域拥有绝对优势，如高端环氧塑封料产品市场、高端封装载板等，在光敏聚酰亚胺领域，美日合计市场占比高达90%以上。因此，美日联合可以依托制造设备、零部件与材料领域的优势，加快推进先进封装技术研发、应用及标准制定，进一步夯实在半导体技术领域的国际领先地位。
近年来，美日积极布局先进封装领域。2023年11月，美国政府启动约30亿美元的国家先进封装制造计划（NAPMP），旨在提升美国半导体的先进封装能力，弥补产业链短板，这是2022年美国“芯片法案”发布后的首个重大研发投资计划。今年7月，美国商务部宣布了高达16亿美元的研发激励举措，以加速先进封装产能建设。
日本也将重振半导体产业视为关系国运的重要战略目标。2021年6月，日本经济产业省公布《半导体和数字产业发展战略》，2023年6月发布了该战略的修订版本，为半导体等重要行业发展制定了更为清晰的推进路径，其中明确指出要发展先进封装，并且分为设立先进封装研发基地、确立Chiplet（也称为小芯片或微芯片，是一种将复杂芯片拆分成多个小型、独立且可复用的模块的设计方法）技术及实现和应用光Chiplet、模数混合So C（也称“系统性芯片）等“三步走”。今年4月，日本经济产业省为Rapidus公司追加提供最高5900亿日元补贴，其中超过500亿日元就用于先进封装技术研发。
美日在半导体领域重点围绕下一代半导体技术研发与产业应用等进行合作，两国企业围绕先进封装领域的合作愈加频繁。2023年11月，日本Resonac公司宣布，将在美国硅谷建立先进半导体封装和材料研发中心。12月，美国应用材料公司与日本USHIO公司宣布针对3D封装应用的数字光刻技术缔结战略合作伙伴关系。今年4月，美国英特尔公司与14家日本半导体企业组成半导体后端制程标准化技术研究协会。6月，日本Rapidus公司与美国IBM公司宣布确立了2纳米世代半导体芯片封装量产技术合作伙伴关系。7月，Resonac公司宣布，十家美日半导体企业共同成立下一代半导体封装研发联盟“US-JOINT”，目标是开发尖端封装的后制程技术，验证五至十年后实现实用化的新封装结构。其将在美国硅谷设立研发基地，预计今年将开始洁净室的建设与设备安装，2025年全面投入运营。
2024年3月20日，美国总统拜登访问英特尔工厂。拜登宣布，美国商务部与英特尔公司达成初步协议，英特尔公司在亚利桑那州、俄亥俄州、新墨西哥州和俄勒冈州的计算机芯片工厂将获得195亿美元的补贴。
对华竞争意味凸显,中国国产化顺势加速
美日围绕先进封装领域的合作密度增加，其不仅迎合半导体制造技术的发展趋向、整合两国优势夯实国际领先地位，也欲引领全球半导体产业链供应链重塑，对华竞争意味凸显。
在美日联合对华半导体竞争加剧的背景下，先进封装被视为中国“弯道超车”的重要渠道。当前，受美日等对华半导体遏制影响，中国在先进制程技术领域的发展面临巨大挑战，而先进封装技术可能会在弥补晶圆制造限制方面发挥更大作用，例如根据台积电规格简单测算，两颗14纳米堆叠后的晶体管数量达到57.76百万个，接近1 0纳米的数量水平，即性能上大体接近10纳米芯片性能，中国可以通过先进封装技术向下突破美国的制程封锁。与此同时，先进封装市场前景广阔，中国在封装领域已形成一定优势。根据市场研究机构Yole Group数据预测，全球先进封装市场规模将从2023年的378亿美元增长至2029年的695亿美元，年均复合增长率达11%。另外，与设计和晶圆制造相比，封装行业进入壁垒较低，目前半导体封装测试（封测）已成为中国半导体产业链中竞争力最强的环节。根据中商产业研究院、中泰证券发布的研究报告，2023年，长电科技、通富微电、华天科技与智路封测等国内企业分别位列全球委外封测厂商（OSAT）的第三、四、六、七名，市场占有率合计达25.8%。尽管在中国封测市场中，先进封装渗透率仍低于国际水平，但是整体呈现上升趋势，中国先进封装市场规模从2016年的187.7亿元增长至2020年的351.3亿元，年均复合增长率高达17%左右，预计2025年中国先进封装市场规模将超过1100亿元。
在先进封装领域，当前美日对华竞争集中在拉大技术代际差方面，但随着中国在封测领域的优势扩大及先进封装技术的逐步突破，不排除其通过加强相关设备与材料（两国在这两个领域仍处于主导地位）的出口管制等来直接遏制中国发展的可能。因此，中国应努力掌握主动权，加速国产化替代，提升龙头企业发展韧性。近年来，国内封测龙头企业快速布局各类先进封装技术并不断取得突破。例如，高密度多维异构集成系列工艺已进入稳定量产阶段，可为客户提供外形更轻薄、数据传输速度更快、功率损耗更小的芯片成品制造解决方案；也有企业提前布局多芯片组件、集成扇出封装、2.5D/3D等先进封装技术，取得一定的技术优势。
但是，也需要认识到，尽管先进封装相关制造、设备与材料等国产化初显成效，但是电镀设备、贴片机、划片机、薄膜沉积设备等领域进口依赖仍然较高，底部填充胶、高性能热界面材料、临时键合胶、光敏性聚酰亚胺、光敏树脂等核心材料的国产替代率较低，仍依赖于从美日欧的进口。鉴于此，中国应明晰先进封装技术发展的难点痛点堵点，从政策、人才、资金等多端发力，引导企业夯实已有技术与市场优势，持续加大研发投入，努力提升生产技术水平，优化产品性能，进而提升国际竞争力与强化发展韧性。
（作者为中国社科院日本研究所副研究员）
