今年7月，為進(jìn)一步加速美國先進(jìn)封裝產(chǎn)能建設(shè)，美國商務(wù)部宣布推出高達(dá)16億美元的研發(fā)激勵(lì)舉措。此前的4月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省為旨在實(shí)現(xiàn)尖端半導(dǎo)體國產(chǎn)化的半導(dǎo)體企業(yè)Rapidus公司追加提供最多5900億日元補(bǔ)貼，其中超過500億日元用于先進(jìn)封裝技術(shù)研發(fā)。近來，由于先進(jìn)封裝可以大幅提高芯片良率、降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度及減少芯片制造成本，已成為美日對(duì)華半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)的最前沿。

摩爾定律放緩，封裝技術(shù)重要性凸顯

制造半導(dǎo)體產(chǎn)品首先是根據(jù)所需功能設(shè)計(jì)芯片，其后進(jìn)入制程工序，前端主要是晶圓制作和光刻，后端主要是芯片的封裝。根據(jù)摩爾定律（由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出的觀察性規(guī)律，揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度，特別是集成電路中晶體管密度的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)），芯片可容納的晶體管數(shù)量大約每18至24個(gè)月翻一番，處理器性能也會(huì)提升一倍，同時(shí)價(jià)格下降為之前的一半。摩爾定律對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了重要指引與推動(dòng)作用。過去，為延續(xù)摩爾定律，企業(yè)往往以提升單個(gè)芯片性能為目標(biāo)，在晶體管縮放技術(shù)上不斷探索，聚焦半導(dǎo)體制造前端工藝。但是，隨著產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化快速發(fā)展，特別是新一代科技變革中人工智能爆發(fā)式發(fā)展，世界對(duì)計(jì)算的需求呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，對(duì)性能更強(qiáng)、功耗更低、更具性價(jià)比的芯片需求大幅增加。而隨著晶體管縮小逼近物理極限，同時(shí)存在短道溝效應(yīng)導(dǎo)致的漏電、發(fā)熱和功耗嚴(yán)重等問題，摩爾定律放緩，先進(jìn)封裝技術(shù)成為超越摩爾定律的重要賽道。先進(jìn)封裝以提升系統(tǒng)性能為目標(biāo)，通過優(yōu)化芯片間互連，將多個(gè)不同性能的芯片集成在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)而在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)算力、功耗和集成度等方面的提升，從而突破摩爾定律限制。先進(jìn)封裝技術(shù)是半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的必然方向，隨著人工智能、高性能計(jì)算等應(yīng)用對(duì)于先進(jìn)封裝的需求快速提升，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。因此，技術(shù)領(lǐng)先的國家不僅在全球半導(dǎo)體價(jià)值鏈重塑中擁有更大優(yōu)勢(shì)，而且其優(yōu)勢(shì)可擴(kuò)大至對(duì)先進(jìn)封裝高需求的其他領(lǐng)域。

美日“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，布局先進(jìn)封裝領(lǐng)域

美日均為全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的關(guān)鍵參與者，兩國聯(lián)手后將在先進(jìn)封裝所需設(shè)備與材料領(lǐng)域形成顯著優(yōu)勢(shì)。美國是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，占據(jù)全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈總價(jià)值的40%左右，在研發(fā)投入、芯片設(shè)計(jì)、制造技術(shù)與工藝方面保持領(lǐng)先地位，美日企業(yè)大約供應(yīng)了全球70%左右的晶圓廠設(shè)備。先進(jìn)封裝生產(chǎn)線設(shè)備由芯片封裝原有后道設(shè)備與新增中前道設(shè)備構(gòu)成，美國企業(yè)在薄膜沉積設(shè)備、刻蝕設(shè)備、鍵合機(jī)、電鍍?cè)O(shè)備等領(lǐng)域的市場(chǎng)占比較高，而日本在光刻機(jī)、涂膠顯影設(shè)備、劃片機(jī)、減薄機(jī)、清洗設(shè)備等領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，并且在主要零部件領(lǐng)域占據(jù)全球50%左右的市場(chǎng)份額。因此，美日企業(yè)幾乎聯(lián)合主導(dǎo)了先進(jìn)封裝所需的主要設(shè)備領(lǐng)域。日本在先進(jìn)封裝材料領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了美國發(fā)展先進(jìn)封裝技術(shù)的不足。日本占據(jù)全球半導(dǎo)體材料60%以上的市場(chǎng)份額，并且在封裝材料領(lǐng)域如引線框架、鍵合線、晶圓膜、芯片粘結(jié)材料、底部填充材料及熱界面材料等占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，在先進(jìn)封裝所需的部分核心材料領(lǐng)域擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，如高端環(huán)氧塑封料產(chǎn)品市場(chǎng)、高端封裝載板等，在光敏聚酰亞胺領(lǐng)域，美日合計(jì)市場(chǎng)占比高達(dá)90%以上。因此，美日聯(lián)合可以依托制造設(shè)備、零部件與材料領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，加快推進(jìn)先進(jìn)封裝技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)制定，進(jìn)一步夯實(shí)在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

近年來，美日積極布局先進(jìn)封裝領(lǐng)域。2023年11月，美國政府啟動(dòng)約30億美元的國家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃（NAPMP），旨在提升美國半導(dǎo)體的先進(jìn)封裝能力，彌補(bǔ)產(chǎn)業(yè)鏈短板，這是2022年美國“芯片法案”發(fā)布后的首個(gè)重大研發(fā)投資計(jì)劃。今年7月，美國商務(wù)部宣布了高達(dá)16億美元的研發(fā)激勵(lì)舉措，以加速先進(jìn)封裝產(chǎn)能建設(shè)。

日本也將重振半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)視為關(guān)系國運(yùn)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。2021年6月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布《半導(dǎo)體和數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》，2023年6月發(fā)布了該戰(zhàn)略的修訂版本，為半導(dǎo)體等重要行業(yè)發(fā)展制定了更為清晰的推進(jìn)路徑，其中明確指出要發(fā)展先進(jìn)封裝，并且分為設(shè)立先進(jìn)封裝研發(fā)基地、確立Chiplet（也稱為小芯片或微芯片，是一種將復(fù)雜芯片拆分成多個(gè)小型、獨(dú)立且可復(fù)用的模塊的設(shè)計(jì)方法）技術(shù)及實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用光Chiplet、模數(shù)混合So C（也稱“系統(tǒng)性芯片）等“三步走”。今年4月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省為Rapidus公司追加提供最高5900億日元補(bǔ)貼，其中超過500億日元就用于先進(jìn)封裝技術(shù)研發(fā)。

美日在半導(dǎo)體領(lǐng)域重點(diǎn)圍繞下一代半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等進(jìn)行合作，兩國企業(yè)圍繞先進(jìn)封裝領(lǐng)域的合作愈加頻繁。2023年11月，日本Resonac公司宣布，將在美國硅谷建立先進(jìn)半導(dǎo)體封裝和材料研發(fā)中心。12月，美國應(yīng)用材料公司與日本USHIO公司宣布針對(duì)3 D封裝應(yīng)用的數(shù)字光刻技術(shù)締結(jié)戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。今年4月，美國英特爾公司與14家日本半導(dǎo)體企業(yè)組成半導(dǎo)體后端制程標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究協(xié)會(huì)。6月，日本Rapidus公司與美國IBM公司宣布確立了2納米世代半導(dǎo)體芯片封裝量產(chǎn)技術(shù)合作伙伴關(guān)系。7月，Resonac公司宣布，十家美日半導(dǎo)體企業(yè)共同成立下一代半導(dǎo)體封裝研發(fā)聯(lián)盟“US-JOINT”，目標(biāo)是開發(fā)尖端封裝的后制程技術(shù)，驗(yàn)證五至十年后實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的新封裝結(jié)構(gòu)。其將在美國硅谷設(shè)立研發(fā)基地，預(yù)計(jì)今年將開始潔凈室的建設(shè)與設(shè)備安裝，2025年全面投入運(yùn)營。

2 0 2 4 年3月2 0日，美國總統(tǒng)拜登訪問英特爾工廠。拜登宣布，美國商務(wù)部與英特爾公司達(dá)成初步協(xié)議，英特爾公司在亞利桑那州、俄亥俄州、新墨西哥州和俄勒岡州的計(jì)算機(jī)芯片工廠將獲得1 9 5 億美元的補(bǔ)貼。

對(duì)華競(jìng)爭(zhēng)意味凸顯,中國國產(chǎn)化順勢(shì)加速

美日圍繞先進(jìn)封裝領(lǐng)域的合作密度增加，其不僅迎合半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展趨向、整合兩國優(yōu)勢(shì)夯實(shí)國際領(lǐng)先地位，也欲引領(lǐng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈重塑，對(duì)華競(jìng)爭(zhēng)意味凸顯。

在美日聯(lián)合對(duì)華半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)加劇的背景下，先進(jìn)封裝被視為中國“彎道超車”的重要渠道。當(dāng)前，受美日等對(duì)華半導(dǎo)體遏制影響，中國在先進(jìn)制程技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，而先進(jìn)封裝技術(shù)可能會(huì)在彌補(bǔ)晶圓制造限制方面發(fā)揮更大作用，例如根據(jù)臺(tái)積電規(guī)格簡(jiǎn)單測(cè)算，兩顆14納米堆疊后的晶體管數(shù)量達(dá)到57.76百萬個(gè)，接近1 0納米的數(shù)量水平，即性能上大體接近10納米芯片性能，中國可以通過先進(jìn)封裝技術(shù)向下突破美國的制程封鎖。與此同時(shí)，先進(jìn)封裝市場(chǎng)前景廣闊，中國在封裝領(lǐng)域已形成一定優(yōu)勢(shì)。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Y o l e Group數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模將從2023年的378億美元增長(zhǎng)至2029年的695億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)11%。另外，與設(shè)計(jì)和晶圓制造相比，封裝行業(yè)進(jìn)入壁壘較低，目前半導(dǎo)體封裝測(cè)試（封測(cè)）已成為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)的環(huán)節(jié)。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院、中泰證券發(fā)布的研究報(bào)告，2023年，長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技與智路封測(cè)等國內(nèi)企業(yè)分別位列全球委外封測(cè)廠商（OSAT）的第三、四、六、七名，市場(chǎng)占有率合計(jì)達(dá)25.8%。盡管在中國封測(cè)市場(chǎng)中，先進(jìn)封裝滲透率仍低于國際水平，但是整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，中國先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模從2016年的187.7億元增長(zhǎng)至2020年的351.3億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)17%左右，預(yù)計(jì)2025年中國先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模將超過1100億元。

在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，當(dāng)前美日對(duì)華競(jìng)爭(zhēng)集中在拉大技術(shù)代際差方面，但隨著中國在封測(cè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大及先進(jìn)封裝技術(shù)的逐步突破，不排除其通過加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備與材料（兩國在這兩個(gè)領(lǐng)域仍處于主導(dǎo)地位）的出口管制等來直接遏制中國發(fā)展的可能。因此，中國應(yīng)努力掌握主動(dòng)權(quán)，加速國產(chǎn)化替代，提升龍頭企業(yè)發(fā)展韌性。近年來，國內(nèi)封測(cè)龍頭企業(yè)快速布局各類先進(jìn)封裝技術(shù)并不斷取得突破。例如，高密度多維異構(gòu)集成系列工藝已進(jìn)入穩(wěn)定量產(chǎn)階段，可為客戶提供外形更輕薄、數(shù)據(jù)傳輸速度更快、功率損耗更小的芯片成品制造解決方案；也有企業(yè)提前布局多芯片組件、集成扇出封裝、2.5D/3D等先進(jìn)封裝技術(shù)，取得一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

但是，也需要認(rèn)識(shí)到，盡管先進(jìn)封裝相關(guān)制造、設(shè)備與材料等國產(chǎn)化初顯成效，但是電鍍?cè)O(shè)備、貼片機(jī)、劃片機(jī)、薄膜沉積設(shè)備等領(lǐng)域進(jìn)口依賴仍然較高，底部填充膠、高性能熱界面材料、臨時(shí)鍵合膠、光敏性聚酰亞胺、光敏樹脂等核心材料的國產(chǎn)替代率較低，仍依賴于從美日歐的進(jìn)口。鑒于此，中國應(yīng)明晰先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)痛點(diǎn)堵點(diǎn)，從政策、人才、資金等多端發(fā)力，引導(dǎo)企業(yè)夯實(shí)已有技術(shù)與市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，持續(xù)加大研發(fā)投入，努力提升生產(chǎn)技術(shù)水平，優(yōu)化產(chǎn)品性能，進(jìn)而提升國際競(jìng)爭(zhēng)力與強(qiáng)化發(fā)展韌性。（作者為中國社科院日本研究所副研究員）