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第一章 行業(yè)概況

封裝為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心一環(huán),主要目的為保護(hù)芯片。半導(dǎo)體封裝測(cè)試處于晶圓制造過(guò)程中的后段部分,在芯片制造完后,將晶圓進(jìn)行封裝測(cè)試,將通過(guò)測(cè)試的晶圓按需求及功能加工得到芯片,屬于整個(gè) IC 產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)后段的環(huán)節(jié),封裝的四大目的為保護(hù)芯片、支撐芯片及外形、將芯片的電極和外界的電路連通、增強(qiáng)導(dǎo)熱性能作用,實(shí)現(xiàn)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化且便于將芯片的I/O 端口連接到部件級(jí)(系統(tǒng)級(jí))的印制電路板(PCB)、玻璃基板等材料上,以實(shí)現(xiàn)電路連接,確保電路正常工作。在“后摩爾時(shí)代”,行業(yè)從過(guò)去著力于晶圓制造技術(shù)節(jié)點(diǎn)的推進(jìn),逐漸轉(zhuǎn)向封裝技術(shù)的創(chuàng)新。

先進(jìn)封裝技術(shù)不僅可以增加功能、提升產(chǎn)品價(jià)值,還能有效降低成本,成為延續(xù)摩爾定律的重要路徑。先進(jìn)封裝采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和先進(jìn)的集成工藝,對(duì)芯片進(jìn)行封裝級(jí)重構(gòu),并且能有效提高系統(tǒng)高功能密度的封裝技術(shù)。現(xiàn)階段先進(jìn)封裝主要是指倒裝焊(Flip Chip)、 晶圓級(jí)封裝(WLP)、2.5D封裝(Interposer)、3D封裝(TSV)等。

圖:先進(jìn)封裝與傳統(tǒng)封裝簡(jiǎn)單對(duì)比

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根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示,全球封裝收入的年復(fù)合增速為4%。其中先進(jìn)封裝市場(chǎng)的年復(fù)合增速達(dá)7%,到2025年先進(jìn)封裝收入將達(dá)到422億美元,而傳統(tǒng)封裝的年復(fù)合增速僅為2%。此消彼長(zhǎng)之下,全球先進(jìn)封裝的收入占比將從2014年的38%,預(yù)計(jì)上漲至2025年的49.4%。

圖:半導(dǎo)體封裝技術(shù)演進(jìn)路徑

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1.1 先進(jìn)封裝發(fā)展歷程

封裝朝小型化、多引腳、高集成目標(biāo)持續(xù)演進(jìn)。封裝歷史發(fā)展大概分為五階段,目前市場(chǎng)主流封裝形式仍以第三階段為主流,BGA和CSP等主要封裝形式進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段。封裝演變歷史朝小型化、I/O數(shù)量增加(多引腳)、集成化三向發(fā)展。

以小型化為例,過(guò)去DIP 封裝后的體積是芯片的100 倍大,發(fā)展至CSP 僅芯片的1.2 倍或更小;I/O 數(shù)量也從過(guò)去6 個(gè)引腳增加到數(shù)千個(gè)以上。先進(jìn)封裝位于整個(gè)封裝技術(shù)發(fā)展的第四階段及第五階段,I/O 數(shù)量多、芯片相對(duì)小、高度集成化為先進(jìn)封裝特色。

圖:集成電路封裝發(fā)展歷程圖

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先進(jìn)封裝的市場(chǎng)規(guī)模據(jù)Yole數(shù)據(jù),2021年全球封裝市場(chǎng)規(guī)模約達(dá)777億美元。其中,先進(jìn)封裝全球市場(chǎng)規(guī)模約350億美元,預(yù)計(jì)到2025年先進(jìn)封裝的全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到420

億美元,2019-2025年全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)的CAGR約8%。相比同期整體封裝市場(chǎng)(CAGR=5%)和傳統(tǒng)封裝市場(chǎng),先進(jìn)封裝市場(chǎng)增速更為顯著。同時(shí),先進(jìn)封裝占比中,倒裝占比最高,3D封裝預(yù)計(jì)增長(zhǎng)最快。從晶圓數(shù)來(lái)看,根據(jù)Yole和集微咨詢數(shù)據(jù),2019年約2900萬(wàn)片晶圓采用先進(jìn)封裝,到2025年增長(zhǎng)為4300萬(wàn)片,年均復(fù)合增速為7%。(折合成12寸)。

圖:先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模

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1.2 先進(jìn)封裝分類

先進(jìn)封裝以內(nèi)部封裝工藝的先進(jìn)性為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),并以內(nèi)部連接有無(wú)基板可分兩大類。先進(jìn)封裝的劃分點(diǎn)在于工藝以及封裝技術(shù)的先進(jìn)性,一般而言,內(nèi)部封裝為引線框架(WB)的封裝不被歸類為先進(jìn)封裝,而內(nèi)部采用倒裝(FC)、晶圓級(jí)(WL)等先進(jìn)技術(shù)的封裝則可以稱為先進(jìn)封裝,先進(jìn)封裝以內(nèi)部連接有無(wú)載體(基板)可一分為二進(jìn)行劃分:

(1)有載體(基板型):內(nèi)部封裝需要依靠基板、引線框架或中介層(Interposer),主要內(nèi)部互連為倒裝封裝(FC),可以分為單芯片或者多芯片封裝,多芯片封裝會(huì)在中介層(或基板)之上有多個(gè)芯片并排或者堆疊,形成2.5D/3D 結(jié)構(gòu),基板之下的外部封裝包括BGA/LGA、CSP 等,封裝由內(nèi)外部封裝結(jié)合而成,目前業(yè)界最具代表性且最廣為使用的組合包括FCBGA(倒裝 BGA)、Embedded SiP、2.5D/3D Integration。

(2)無(wú)載體(晶圓級(jí)):不需要基板、引線框架或中介層(Interposer),因此無(wú)內(nèi)外部封裝之分,以晶圓級(jí)封裝為代表,運(yùn)用重布線層(RDL)與凸塊(Bumping)等作為I/O繞線手段,再使用倒放的方式與PCB 板直接連接,封裝厚度比有載體變得更薄。晶圓級(jí)封裝分為扇入型(Fan-in)跟扇出型(Fan-out),而扇出型又可以延伸出3D FO封裝,晶圓級(jí)封裝為目前封裝技術(shù)中最先進(jìn)的技術(shù)類別。

先進(jìn)封裝以縮小尺寸、系統(tǒng)性集成、提高I/O數(shù)量、提高散熱性能為發(fā)展主軸,可以包括單芯片和多芯片,倒裝封裝以及晶圓級(jí)封裝被廣為使用,再搭配互連技術(shù)(TSV, Bump等)的技術(shù)能力提升,推動(dòng)封裝的進(jìn)步,內(nèi)外部封裝可以搭配組合成不同的高性能封裝產(chǎn)品。

圖:先進(jìn)封裝分類及結(jié)構(gòu)圖

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第二章 商業(yè)模式和技術(shù)發(fā)展

2.1 產(chǎn)業(yè)鏈

圖:先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)鏈概覽

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先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)的上游是以康強(qiáng)電子、興森科技、岱勒新材、三環(huán)集團(tuán)為代表的封裝材料供應(yīng)商與士蘭微、中芯國(guó)際為代表的集成電路制造企業(yè)。中游作為集成電路封裝行業(yè)主體,主要進(jìn)行集成電路封裝與測(cè)試過(guò)程。下游為3C電子、工控等終端應(yīng)用。

圖 先進(jìn)封裝上中下游

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人才對(duì)于先進(jìn)封裝就是重點(diǎn)所在,由于國(guó)際環(huán)境發(fā)生變化,導(dǎo)致很多外國(guó)人才回流,給先進(jìn)封裝行業(yè)帶來(lái)新的人才。與此同時(shí),不少企業(yè)也在自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域,進(jìn)行創(chuàng)新之路,**壁壘。

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拓展知識(shí):

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