激光雷达先进封装技术：概览与三大玩家

引言：从封装技术的演进说起

近年来，半导体行业正在经历一场深刻的技术变革。在小米YU7四合一域控制器的座舱核心板上，处理器与存储器通过PoP封装（Package on Package，堆叠封装）实现垂直集成；在华为D3激光雷达中，核心的SPAD-SoC索尼IMX459采用3D堆叠封装，将SPAD像素阵列与信号逻辑处理电路通过Cu-Cu混合键合垂直集成于一体；速腾聚创E1 Flash激光雷达的自研SPAD-SoC同样采用3D堆叠工艺，将接收阵列与高性能SoC集成在一颗芯片内，使系统体积缩小50%以上；而在速腾Airy 360°激光雷达中，自研的激光器驱动器芯片则采用了晶圆级封装。这些看似分散的技术路线，共同指向同一个方向——先进封装。

如果说过去几十年半导体行业比拼的是工艺制程的微缩，那么今天，在摩尔定律接近物理极限的背景下，巨头们的胜负手正在悄然转向先进封装。本文将围绕先进封装的行业背景、主要技术形式以及三大核心玩家（台积电、英特尔、三星）展开系统介绍。

一、行业背景：摩尔定律减速，先进封装登场

1.1 摩尔定律的瓶颈与成本困境

摩尔定律“减速但未停摆”，但受原子物理极限制约，其演进速度已显著放缓。一方面，先进制程的设计成本呈指数级飙升——90nm制程设计成本仅1500万美元，而2026年3nm制程设计成本已突破10亿美元，较7nm的5.42亿美元增幅超过80%。另一方面，制程演进带来的性能提升边际递减：从2002年180nm到2022年7nm，微处理器单线程性能增长约10倍，但2022年后7nm到35Å的性能增幅不足20%，且伴随功耗密度持续攀升。新建先进制程晶圆厂的投资规模动辄数百亿美元，对多数应用场景而言已出现显著的“性价比失衡”[reference:0]。

1.2 “More-than-Moore”与异构集成

面对成本与性能的双重困境，行业已形成共识：通过芯粒（Chiplet）与异构集成，结合2.5D/3D、扇出型封装等先进封装技术，以“系统级封装”替代单一制程SoC，成为降本、提效、缩短上市时间的核心路径。芯粒技术的核心价值在于“化整为零”——将传统单一芯片拆解为多个功能芯粒（如计算芯粒、存储芯粒、I/O芯粒），每个芯粒可采用最适配的制程（如计算芯粒用3nm，存储芯粒用28nm），既降低设计复杂度，又提升晶圆利用率，良率可提升30%以上。而实现芯粒互联的关键，正是2.5D/3D等高端封装技术——通过中介层（Interposer）、混合键合等方案，实现芯粒间高密度、低延迟互连，最终等效于“单一高性能芯片”的系统能力[reference:1]。

1.3 市场规模的快速增长

先进封装市场正处于高速扩张阶段。据Yole Group数据显示，当前全球先进封装市场规模已达460亿美元，到2028年前后可能超过794亿美元[reference:2]。另有预测显示，2024至2030年间，全球先进封装市场预计由约460亿美元扩容至约800亿美元[reference:3]。从资本开支数据可清晰看到行业的战略倾斜：2023-2024年，台积电、英特尔、三星的资本开支规模位居行业前三，其中超过40%用于先进封装相关产能建设[reference:4]。

二、主要的先进封装形式

先进封装与传统的引线键合封装有着本质区别。传统封装通过金属引线实现芯片与外部元器件的电气连接，I/O密度受限；而先进封装主要以凸点（Bumping）方式实现电气连接，旨在实现更高I/O数和更强的功能集成[reference:5]。目前，业内公认的先进封装核心技术主要包括倒装封装、晶圆级封装和立体封装三大类。

2.1 倒装封装（Flip Chip）

倒装封装是芯片先进高密度互联的基础技术，其核心是在芯片的I/O焊盘上直接沉积，或通过重布线层（RDL）布线后沉积凸点（Bump），然后将芯片有源面朝向基板翻转，通过加热使焊料与基板或框架相结合[reference:6][reference:7]。与传统引线键合相比，倒装封装的芯片电气面朝下，互连路径大幅缩短，寄生参数更低，I/O密度、集成度与散热性能显著突出。倒装封装广泛应用于高端芯片，也是2.5D、3D先进封装的基础互联方案[reference:8]。

2.2 晶圆级封装（Wafer Level Packaging, WLP）

晶圆级封装的核心逻辑是在整片晶圆未切割前完成主体封装结构与晶圆级电性测试，最终切割得到单颗封装成品，实现“先封后切”的创新模式。与传统“先切后封”工艺相比，WLP重构了封装工艺流程与制造载体，封装后的芯片尺寸与裸片完全一致，可将芯片I/O分布在IC芯片的整个表面，使芯片尺寸达到微型化极限[reference:9][reference:10]。

WLP又经历了从扇入型（Fan-in WLP，也称WLCSP）向扇出型（Fan-out WLP，FOWLP）的演进。扇入型主要在晶圆未切片前进行封装，完成后的封装尺寸与芯片尺寸接近，适用于I/O引脚数量较少的芯片。但随着28nm及以下工艺制程逐渐成为主流，扇入型封装已难以在其芯片面积内完成多层再布线和凸点阵列排布，扇出型封装应运而生——它通过特殊的填充材料人为扩大芯片的封装尺寸，在整个封装范围上走线和排布I/O，突破了I/O引出端数目的限制[reference:11]。速腾Airy激光雷达中自研的激光器驱动器芯片正是采用了晶圆级封装技术。

2.3 立体封装：2.5D与3D封装

立体封装是先进封装中最具突破性的技术方向。其发展脉络大致为：从早期的多芯片组件（MCM）起步，发展到2.5D封装，再到如今的3D封装。

多芯片组件（MCM） 是将多个未封装的裸片和其他元器件组装在同一块多层高密度基板上，通过基板电路进行互连。MCM技术难度较低、成本较低、可靠性高，但集成密度有限，时延相对较大，可视为芯片集成化的早期探索[reference:12]。

2.5D封装 通过引入硅中介层（Interposer），在硅中介层上进行电路设计（即RDL），实现两个或多个芯片（如内存与CPU/GPU等逻辑芯片）的共同封装。芯片横向并排贴装，依托中介层表层的重布线层实现芯片间高密度短距互联，再通过硅通孔（TSV）完成中介层与基板的垂直导通。该技术可提供高带宽、低延迟的信号传输，结构可靠性优异，是高性能芯片的核心封装方案[reference:13][reference:14]。PoP（Package on Package，封装上封装）是2.5D封装在消费电子领域的典型应用，将逻辑芯片与DRAM内存芯片在垂直方向堆叠，小米YU7座舱核心板采用的正是这种方案。

3D封装 则更进一步，通过芯片或晶圆的垂直堆叠与垂直互联，实现多颗芯粒的三维集成。它依托TSV、微凸点键合等关键工艺，分为芯片对芯片（C2C）、芯片对晶圆（C2W）、晶圆对晶圆（W2W）三类堆叠形式。3D封装的核心优势在于集成度高、电气路径短、异构集成友好，应用覆盖高端算力与消费电子领域，包括AI加速芯片等高性能器件[reference:15]。华为D3激光雷达的索尼IMX459与速腾E1的自研SPAD-SoC均属于3D堆叠封装的典型应用。

在TSV技术出现之前，芯片堆叠主要依靠引线键合（Wire Bonding）和微凸点键合。TSV通过在硅中介层上制作垂直导通孔并填充导电物质（铜、钨等），实现了真正意义上的垂直电气互连。TSV的核心优势是大幅缩短互连长度、减少信号延迟、降低电容/电感，从而实现芯片间的低功耗、高速率通信[reference:16]。在实际应用中，2.5D和3D封装往往同时使用，例如计算芯片搭配HBM高带宽内存的封装方案，有时也被称为3.5D封装[reference:17]。

值得注意的是，随着技术持续演进，以铜-铜混合键合（Cu-Cu Hybrid Bonding）为代表的无凸点键合技术正在兴起。混合键合无需微凸点，直接在室温下将芯片与芯片贴合，再通过高温退火实现键合，间距可缩小至1微米以下，密度远超传统微凸点方案，散热性能和电气性能也更优，被业界视为Bump技术的未来发展方向[reference:18]。索尼在IMX459中采用的“Cu-Cu混合键合”堆叠工艺正是这一前沿技术的典型实践。

三、三大玩家的先进封装产品

在先进封装赛道，台积电（TSMC）、英特尔（Intel）和三星（Samsung）形成了三足鼎立之势，各自构建了独具特色的技术体系。

3.1 台积电：CoWoS、InFO与SoIC构筑完整版图

台积电在先进封装领域布局最为系统，以3DFabric平台为核心，涵盖InFO、CoWoS和SoIC三大技术层级。

InFO（Integrated Fan-Out，扇出型集成封装） 是台积电最早成名、也是应用最广的技术，2016年推出后因被用于苹果iPhone的A系列应用处理器而享誉全球。InFO不使用硅中介层，而是通过RDL实现互连，成本更低、厚度更薄。其子类型InFO-PoP将逻辑芯片与DRAM堆叠，主要应用于智能手机和基础网络芯片[reference:19]。

CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate，2.5D封装） 是几乎所有高性能AI芯片都离不开的技术平台。它将多个芯片（如处理器和HBM高带宽内存）先集成在硅中介层上，再封装至基板上，通过提供海量带宽和高密度互连支撑起强大的AI、高性能计算及数据中心芯片。CoWoS家族包含三种子类型：CoWoS-S使用硅中介层，性能最高、技术最成熟；CoWoS-R使用RDL重布线层，兼顾成本与互连；CoWoS-L结合了本地硅互连（LSI）和RDL的优点，适用于超大尺寸芯片（如英伟达Blackwell系列）。主要客户包括英伟达、AMD、Google和Amazon[reference:20]。

SoIC（System on Integrated Chips，真正的3D堆叠） 是台积电最顶端的前端封装技术，支持芯粒间极高密度的垂直堆叠。它通过直接键合芯片（间距小于10μm）取消了传统的微凸块，从而提供更卓越的性能、更低的功耗以及更好的散热效率。SoIC通常不单独存在，而是先做垂直堆叠，再通过CoWoS或InFO进行水平集成，AMD的MI300系列、部分高端PC和移动平台均采用此技术[reference:21]。

此外，台积电近期推出的WMCM（Wafer Level Multi-Chip Module，晶圆级多芯片模块）技术也备受关注。该技术采用逻辑SoC与DRAM平面封装架构，核心创新在于以RDL替代传统硅中介层，可将内存与CPU、GPU、NPU集成于同一晶圆，极大缩短信号传输路径，将独家适配苹果A20系列芯片[reference:22]。

3.2 英特尔：EMIB与Foveros双轨并行

英特尔的先进封装路线以EMIB和Foveros两大技术为核心，分别覆盖2.5D水平整合和3D垂直堆叠两个方向。

EMIB（Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，嵌入式多芯片互连桥） 属于2.5D封装技术，其核心创新在于采用小型嵌入式硅桥实现芯片间连接，无需像CoWoS那样依赖大型硅中介层。由于硅桥尺寸小、可嵌入基板，EMIB在成本、良率和生产周期上形成显著优势，硅桥利用率可超过90%。该技术已大规模应用于英特尔的Xeon Max与数据中心GPU Max系列[reference:23][reference:24]。

Foveros 则是英特尔的3D垂直堆叠技术，通过TSV与铜柱实现异质芯片的垂直堆叠，使顶层芯片不受基底芯片尺寸限制，适合移动处理器与定制化AI加速器，英特尔的Meteor Lake、Arrow Lake与Lunar Lake均采用此技术[reference:25]。Foveros后续版本进一步演进，Foveros Direct技术完全采用混合键合，实现无凸点的芯片直接键合[reference:26]。

值得关注的是，英特尔在2026年展示了结合EMIB与玻璃基板的最新封装样品，具备78mm×77mm超大尺寸、10-2-10堆叠架构以及45μm超微细凸点间距，远超传统有机基板性能上限，展现了其在多芯片互连领域的技术野心[reference:27]。近期，苹果与高通已在招聘要求中明确列出需要英特尔的EMIB与Foveros技术经验，显示先进封装供应链正在从对台积电CoWoS的单一依赖走向多元布局[reference:28]。

3.3 三星：I-Cube与X-Cube构建异构集成体系

三星电子在先进封装领域构建了以2.5D封装（I-Cube和H-Cube）和3D IC封装（X-Cube）为主的技术体系。

I-Cube™（2.5D封装） 采用水平并行芯片排列方式，通过提升性能的同时缓解发热问题。I-Cube依托三星的TSV和后道工艺（BEOL）技术基础，分为I-CubeS和I-CubeE两种子类型，区别在于中介层的材料与厚度不同。通过优化材料选择，三星研发出可避免中介层翘曲和热膨胀的技术，实现了I-Cube的商业化[reference:29][reference:30]。

X-Cube™（3D IC封装） 是三星在Z轴方向堆叠逻辑裸片的3D集成技术。X-Cube通过3D集成大幅降低大型单片芯片的良率风险，以更低的成本实现高系统性能，同时保持高带宽和低功耗。其技术基础源自三星为HBM高带宽内存开发的3D IC技术，已通过大规模量产验证。三星正积极推进芯片对晶圆和铜混合键合技术，通过增加每个堆栈的芯片密度进一步提升X-Cube的性能[reference:31][reference:32]。

此外，三星近期还在向苹果、高通等大厂积极推广FoWLP-HPB封装技术，意图在先进封装领域进一步扩大市场版图[reference:33]。

结语

从摩尔定律的减速放缓到AI算力需求的爆发式增长，先进封装已经从芯片制造的“配角”成长为半导体产业的关键引擎。倒装封装奠定了高密度互连的技术基础，晶圆级封装实现了微型化的极致追求，而立体封装（2.5D/3D）则让芯片突破平面限制，向三维空间拓展。台积电的CoWoS与SoIC、英特尔的EMIB与Foveros、三星的I-Cube与X-Cube，三家巨头以各自不同的技术路线展开激烈竞逐，共同推动先进封装技术进入高速迭代期。

对于中国半导体产业而言，先进封装不仅是一条技术追赶的重要路径，更是实现差异化竞争的关键抓手。在制程工艺仍存在差距的现实约束下，通过先进封装实现异构集成和系统级性能提升，正成为国产芯片突破瓶颈的重要方向。未来，随着AI、自动驾驶、高性能计算等领域的持续驱动，先进封装的技术创新与产业竞争必将愈发精彩。