集微網消息，上世紀80年代，從IT離開的張忠謀，帶走了先進半導體制造技術，但很少有人注意到，張忠謀從美國帶走的，還間接包括材料在内的整個後道封測環節——盡管這種轉移在更早前就已開始了。
相對于毛利高達50%的晶圓制造環節，封測環節通常很難超過20%的毛利，是這種忽視的根源所在。這導緻在疫情黑天鵝爆發、供應鍊危機席卷全球的現下，美國人仍将把大部分的目光聚焦于晶圓代工的回歸，為吸引台積電、三星回美國設廠煞費苦心。
但情況已在台積電創立“先進封裝”概念起悄然發生了變化：一方面，先進封裝較傳統封裝的晶圓價值量翻倍，另一方面，摩爾定律瓶頸和資料中心、高性能計算需求攀升，讓封裝在晶片性能上起到愈發關鍵的作用，而最大需求方恰恰集中于美國。
從台積電和三星的腳步來看，無論是自願還是被迫，将先進制造通過建廠的方式帶回美國已是既定的事實，但對于7nm以下先進制程至關重要的先進封裝卻距離上岸遙遙無期。而先進封裝的缺失，則将進一步讓美國供應鍊本土化的美好願望落空。
被看輕的晶片封測 被延長的美國供應鍊
半導體封測從美國向亞洲轉移比制造業來得更早。早在1968年，南韓人金柱津在美國成立了Amkor Electronics，标志着封測環節正式從IDM模式中獨立出來。這家公司後來成為了我們熟知的封測巨頭Amkor Technology（安靠科技）。
“美籍韓裔”的身份似乎是某種預示。在後來的幾十年時間裡，在安靠統治全球半導體封測的同時，這一環節也在加速轉移至包括中國、南韓、東南亞地區等勞動力更加低廉的市場。一個顯而易見的佐證是，安靠直到現在也甚至尚未擁有哪怕一家美國工廠。
這并不難了解，産業鍊的分工往往是被更低的成本、更高的利潤驅動的，如同後來被美國拱手讓人的制造環節一樣，利潤率更低的封測在分工之初首當其沖。勞動密集是當時封測産業的重要特征，使得美國晶片制造商不得不考慮将相關業務剝離。
由此，除了英特爾、TI等保留了部分封測産能外，大部分美國晶片廠都坦然接受了自己的晶片不得不轉移至海外進行封裝的事實，這在供應鍊全球化的推進和大幅提高的毛利潤下顯得無足輕重，而接手了制造業的中國台灣，也在曆史潮流之下接過了封測大旗。
台積電的急速成長，帶來了封測産業在中國台灣的集聚，2003年，日月光取代安靠成為全球第一大封測廠，宣告了中國台灣成為又一全球半導體封測重地。在之後的幾十年時間裡，美國與亞洲地區在封測環節的差距被一再拉大。
IPC貿易組織和TechSearch International《北美半導體和先進封裝生态系統分析》顯示，北美在全球封裝生産中所占份額僅為3%。另據ATREG報告，2019年，中國大陸擁有最多的封裝廠(114家)，其次是中國台灣(106家)，亞太其他地區(65家)，北美(35家)等。
左邊為美國在三大環節中的市場佔有率；圖源：美國國防部
TechSearch總裁Jan Vardaman和IPC首席技術專家Matt Kelly表示，“美國有超過25家OSAT，但他們缺乏滿足日益增長的需求的産能。”東南亞疫情導緻的封測産能“卡脖子”已經證明，在很長時間裡，美國晶片公司将繼續依賴亞洲的封測産能。
然而對于這種差距，美國曾經幾乎是漠視的，甚至直到2020年9月，SIA聯手波士頓咨詢公司（BCG）釋出的重量級報告——《政府激勵計劃與美國半導體制造的競争力》中，也并未将封測環節“放在眼裡”。這種傲慢，或許會讓美國封測業成為下一個制造業。
正如《北美半導體和先進封裝生态系統分析》指出，美國缺乏大規模的封裝生産能力、基闆和晶圓凸塊服務。安靠、英特爾和其他美國公司正在解決這些問題，但存在一些挑戰。随着先進封裝在整個半導體行業的重要性日益增強，這使得美國處于不穩定的地位。
“在提高晶片生産的同時，未能加強美國先進封裝能力，将延長現有的半導體供應鍊，因為制造商将被迫将晶片送到國外進行封裝群組裝。”Vardaman和Kelly說。
先進封裝增量價值增厚 三大技術路線全面落後
不得不說，台積電對全球半導體産業的影響是“多米諾骨牌”式的，除了加速封測業轉移，其在先進工藝上的不斷探索，還催生了“先進封裝”這一正在撼動産業的概念。也正是先進封裝在高端晶片制造中的重要性陡增，讓美國半導體産業再次警戒。
據Yole預測，2014年-2026年先進封裝市場營收将翻一番達到475億美元，期間CAGR為7.4%，其中Flip-Chip（倒裝）将繼續占據絕大部分份額（72%），3D/2.5D堆疊和Fan-Out分别增長22%和16%，各種應用采用率繼續增加。
圖源：YOLE
美國獨資的唯一純代工廠SkyWater進階副總裁兼總經理Brad Ferguson認為，先進封裝将會是美國帶回封測業的切入點。“美國國防部的内部叙述中出現了在岸（onshore）封裝的願景，商業客戶也有強烈的将封測帶回本土的願望。”
事實上，作為目前高端晶片的主要生産商聚集地，英特爾、AMD、英偉達等可說一手推動了先進封裝的高速發展。為了推進晶片設計，每一代ASIC都需要內建更多的功能。這在節點的推進下變得更具挑戰性。這使得先進封裝成為ASIC之後高端晶片的最新戰場。
集微網在《被“誤解”的先進封裝，中國大陸才剛剛起步》中援引業内人士透露，目前幾乎所有在台積電流片的高端AI晶片都會選擇CoWoS技術。放眼未來，Chiplet這一未來趨勢更将為先進封裝創造更大的舞台。
具體從Flip-Chip（FC）、3D/2.5D封裝、Fan-Out幾大先進封裝技術來看，美國與重點地區的差距均不小。其中FC被用于BGA等智能手機晶片常用封裝技術中，占據絕大部分先進封裝市場，但其産能卻絕大多數集中于亞洲地區。
FC晶片的制造首先需要在晶片的頂部形成銅凸起或銅柱，然後将晶片翻轉，安裝在一個獨立的模具或載闆上，凸起的部分落在銅墊上形成電氣連接配接。根據《北美半導體和先進封裝生态系統分析》，美國廠商雖然擁有凸塊技術，但缺乏産能，目前産能僅占全球6.5%。
FC制造過程；圖源：Anysilicon
Fan-Out被認為是晶圓級封裝下最具成長性工藝，在28nm以下工藝節點，提供更多I/O 數目，在計算晶片等複雜度較高的IC應用大勢所趨。但台積電再次以66.9%的占有率獨步全球，其次分别為日月光、長電科技，而美國“獨苗”安靠僅以3%排名第四。
3D/2.5D封裝以及Chiplet或許是美國差距最小的賽道，這必須要歸功于英特爾保留部分封測産能的先見之明，目前，英特爾和台積電、三星一樣，已具成熟的2.5D封裝經驗，3D封裝Foveros也已開始量産，随着代工業務回歸，預計也将推動其在這一領域的投資。
然而，即使如此，英特爾與AMD、英偉達的競争關系，讓本就稀有的産能更加難以滿足整體需求，例如AMD首顆3D Chiplet資料中心CPU就交由台積電生産，而随着通富微電FC産能的擴産，鑒于與AMD深度綁定的關系，這些訂單也可能更多落于亞洲地區。
材料、裝置、勞動力 美國需要的不止是晶片法案
凡事總有代價，就如同亞洲即使在代工廠崛起的得天獨厚優勢下，也花了一段時間才形成了龐大的封測産業鍊，美國幾十年的漠視，讓封測業的回流将變成冗長而緩慢的過程。即使放棄以低廉勞動力兌換利潤的低端封測，先進封裝也不會是美國想吃就吃的蛋糕。
首先是材料問題。《北美半導體和先進封裝生态系統分析》指出，缺乏IC載闆制造是研究發現的最大問題。美國幾乎沒有能力生産最先進的IC載闆，例如用于FC-BGA和FC-CSP封裝（多被用于高端GPU、CPU和HPC應用ASIC）的ABF載闆和BT載闆。
IC載闆市場高度集中，前十大供應商均來自于日本、南韓、中國台灣地區，包攬80%的市場。ABF載闆制造成本高昂，包括每個工廠約10億美元的投資，且需要解決被落下20多年的技術缺口、二級供應不足、熟練勞動力（1000名勞工/設施）和原材料短缺。
實際上，ABF載闆産能緊缺已經持續了很久，且業内預測到2023年情況都難以改善，包括英特爾、AMD、英偉達在内對ABF載闆需求最大的美國晶片廠商為此不得不采取非常手段，簽下超長訂單外，英特爾甚至提出為供應商欣興電子增加擴産補貼。
上述報告指出，在不提高IC載闆供應的基礎上提升美國封測廠産能是沒有意義的，因為這從本質上并不能縮短供應鍊，“如果美國要在半導體上花費250億美元，那麼應該在IC載闆上至少花費10億美元，以建立世界級的制造設施。”
其次是裝置問題。筆者觀察到，即使擁有泰瑞達等測試裝置龍頭，美國在封裝裝置上與日本、歐洲廠商差距甚大，ASM Pacific、K&S、Besi、Disco、Towa、Yamada等公司占據了絕大部分的封裝裝置市場。
不過，筆者此前從業内某裝置廠商高層處了解到，先進封裝更多采用前道制造方式來制作後道連接配接電路，使用裝置也大緻相同，如2.5D/3D封裝TSV技術就需要光刻機、塗膠眼影裝置、濕法刻蝕裝置等，這也給前道裝置領域占據優勢的美國廠商提供了切入機會。
最後，是老生常談、也是美國最為弱勢的勞動力問題。安靠科技倒裝晶片/晶圓服務業務部門副總裁Kevin Engel表示，随着供應鍊的進一步深入，勞動力成本和熟練勞工的可用性變得更具挑戰性。“封裝和一些材料線需要較高的人工含量，增加了與亞洲的成本差距。”
《北美半導體和先進封裝生态系統分析》認為，解決勞動力需求需要聯邦、州和地方政府、教育機構和私營部門之間建立更加緊迫、廣泛和持續的夥伴關系。例如，2015年，美國成立了AIM Photonics，提供矽光子的制造、封裝和測試。安靠科技也表示，正與組織和大學合作，以确定解決方案。
雖然如此，對于美國來說，依賴政府的力量聽上去越來越像個口号。美國政府顯然意識到先進封裝重要性，晶片法案中就明确提到2021年-2025年，每年投入3000萬美元，用于先進測試、組裝和封裝能力提升。但随着法案的一再推遲，廠商們或許又要另想他法。
寫在最後
如果說，成功推動台積電、三星等代工巨頭在美建廠，已讓産業界看到美國重振晶片制造的決心，那麼放下傲慢、正視曾被小看的晶片封測，才讓美國重建完整本土供應鍊的潛在意圖真正清晰。
但這條路可能會比“威逼利誘”台積電赴美建廠更加難走，無論是台積電還是三星，暫時都沒有将先進封裝帶到美國土地上的計劃，美國封測廠“唯一的希望”安靠，雖然宣稱将建立首個美國工廠，但仍強調将取決于法案的激勵措施。
先進封裝的未來正在疾步到來，但美國可能已經錯過第一批上車的機會，正如它在先進制造上曾經失去過的那樣。（校對/隐德萊希）