深度分析！半導體行業開始回暖，封測環節有望充分受益 | 研報推薦

注：原文為華福證券《摩爾定律重要方向，先進封裝大有可為》，分析師：楊鐘

AI應用的爆火，帶火了“先進封測”產業。

現在 ，AI 芯片的短缺，缺的不僅僅有芯片，還是臺積電等封裝廠的CoWoS 封裝產能。目前，臺積電、三星、英特爾等大廠加強對先進封裝的能力。

此外，隨著后摩爾時代來臨，先進封裝本身已經進入指數級增長階段。

總的來說，當半導體行業景氣回暖漸進，封測環節有望充分受益。

以下為研報內容節選：

1、半導體封測概覽

封測是封裝測試的簡稱，包括封裝和測試兩個環節。其中，封裝是指將生產加工后的晶圓進行切割、焊線塑封，并加工為成品芯片的過程，測試則是指利用專業設備對產品進行功能和性能測試。

封裝的定義、作用與工藝流程

封裝，指用特定材料、工藝技術對芯片進行安放、固定、密封，并將芯片上的接點連接到封裝外殼上的工藝流程，其可保護芯片性能并實現芯片內部功能的外部延伸。

基本的封裝工藝流程包括：晶圓減?。╳afergrinding）、晶圓切割（waferSaw）、芯片貼裝（DieAttach）、焊接鍵合、塑封工藝、后固化工藝、測試、打標工藝（電鍍、打彎、激光打?。?、包裝、倉檢、出貨等工序。

封裝意義重大。一方面，在芯片制造流程中，IC芯片相當小且薄，稍不注意則會被刮傷損壞，需要對其提供一定的保護；另一方面，因為芯片的尺寸微小，不易以人工安置在電路板上，此時若封裝一個較大尺寸的外殼，則會大大降低技術難度。

總而言之，半導體封裝可以提升產品的性能，降低技術成本，最終實現良品率的提高和工藝節點的突破，是后摩爾時代技術創新的主流方向之一。其作用主要體現在保護、支撐、連接和散熱四個方面。

測試的定義、作用與工藝流程

測試，指對芯片產品的性能和功能進行測試，并挑選出功能、性能不符合要求的產品。測試主要分為封裝之前的晶圓測試（ChipProbing）和封裝之后的芯片成品測試（FinalTest）。測試在確保芯片良率、控制成本、指導芯片設計和工藝改進等方面起著至關重要的作用。

封測產業鏈及分工環節

從半導體產業鏈來看，封測位于半導體產業鏈中游。半導體產業鏈的上游是軟硬件材料及設備，中游是集成電路的設計、生產，下游是終端產品應用。半導體產業鏈中游包括設計、制造和封測三大環節。封測是產業鏈中游的最后一個環節，芯片經過封測之后交付給芯片設計廠，再銷售給下游終端產品應用企業。

在垂直分工模式中，封測屬于最后環節。半導體行業分工模式分為垂直整合（IDM）和垂直分工模式。垂直整合模式是指一家企業完整覆蓋芯片設計、制造、封測環節。垂直分工模式中，芯片設計、制造和封測環節分別由芯片設計廠（Fabless）、晶圓代工廠（Foundry）和封測廠（OSAT）完成。

半導體封測產業鏈價值量

世界集成電路產業三業結構（設計：晶圓：封測）的合理占比為3：4：3。根據中國半導體行業協會統計，2022年中國集成電路產業銷售額為12006.1億元，其中，設計業、制造業、封測業銷售額分別為5156.2億元、3854.8億元、2995.1億元，三者占比依次為42.9%：32.1%：24.9%。因此，中國集成電路封裝測試業的比例處于比較理想的位置。

隨著AI浪潮席卷全球、政策層面積極助力、庫存壓力逐步釋放，國內半導體產業鏈的短板有望迎來新窗口期，而先進封裝、高端封裝材料等封測領域有望率先受益?！吨袊雽w封測產業回顧與展望》報告指出，2023年我國封測行業銷售額預計將達3060億元，同比增長8.4%，增速遠高于設計業與制造業，我國封測業未來市場潛力巨大。

在封測環節內部，封裝環節占據封測價值量的絕大部分。據Gartner統計，封裝環節價值占比為80-85%，而測試環節價值占比僅為15%-20%。

2、半導體封測設備分類及工藝原理

半導體與集成電路后道設備分類及工藝流程

半導體封裝設備包括減薄機、劃片機、貼片機、固化設備、引線焊接/鍵合設備、塑封及切筋設備、清洗與搬運設備等。

半導體測試設備則包括分選機、測試機和探針臺。

集成電路后道設備主要包括貼片機、劃片機、檢測設備和焊線機，合計市場份額占比達到81%。

3、半導體封測之——主要原材料

半導體封裝原材料的不同種類與性能評價指標

當封裝所采用的原材料類型不同時，封裝產品的特質往往也有一定差異。目前常見的封裝材料包括陶瓷、塑料和各類金屬，封裝原材料的性能與半導體封裝產品的質量息息相關。

通常來說，從四個方面評價電子封裝材料的性能：一是工藝性能，如黏度、流動性、凝膠化時間、后固化時間及溫度等；二是濕-熱機械性能，如熱膨脹系數（CTE）、彎曲模量與強度、熱導率、潮氣擴散系數等；三是電學性能，如介電常數、擊穿強度、損耗因子等；四是化學性能，如易燃性、離子雜質數量等。其中，工藝性能從工藝的角度進行評價，而其他三個性能從性能與功能的角度進行評價。

封測原材料分類及其對應市場規模占比

本章節所討論的封裝行業上游原材料主要指的是封裝過程中的耗材。封裝材料包括切割材料、芯片粘連材料、鍵合引線、封裝基板、引線框架、包封材料、連接材料。根據SEMI報告，2022年，封裝基板、引線框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷基板及芯片粘結材料的市場規模在世界封裝材料市場規模的占比分別為40%、15%、15%、13%、11%及4%。而封裝材料的門檻相對晶圓材料門檻較低，中國目前已實現進口替代。

封裝工藝全流程中的原材料使用

用一句話概括半導體封裝中各種原材料的用途：半導體封裝是使用切割材料將成品晶圓切割成小塊芯片，然后使用芯片粘連材料、鍵合引線將芯片固定在封裝基板或引線框架之上，最終在芯片表面覆蓋包封材料（模塑料）并用連接材料將其連接于底板的過程。

封裝原材料市場規模

全球封裝材料市場規模保持高速增長。根據SEMI的報告，2022年全球半導體封裝材料市場規模達到280億美元，較2021年同比增長17%。值得注意的是，全球封裝材料市場規模已連續三年保持10%以上的同比增長率。

而受益于下游及終端應用領域的快速增長，近年來我國封裝材料市場需求井噴式擴張，行業整體呈現也穩步增長趨勢。2022年我國半導體封裝材料市場規模已達462.9億元，其中引線框架市場規模為118.7億元，封裝基板市場規模105.3億元，其他材料238.9億元。

封裝基板（IC載板）——芯片封裝的基座

封裝基板，又稱IC載板，是一類用于承載芯片的線路板，它屬于PCB的其中一個分支。封裝基板具有高密度、高精度、高性能、小型化及輕薄化的特點，可為芯片起到支撐、連接、散熱和保護的關鍵作用。封裝基板的產品工藝隨著封裝形式的發展而不斷演進，歷經從減成法到半加成法、從打線到倒裝、從有機基板到復合基板等多次升級。

引線框架——與外部導線連接的橋梁

引線框架是指用于連接半導體集成塊內部芯片的接觸點和外部導線的薄板金屬框架，在半導體封裝材料市場中占比達15%。引線框架主要由兩部分組成：芯片焊盤和引腳。在封裝過程中，芯片焊盤為芯片提供機械支撐，而引腳則連接芯片到封裝外的電學通路。引線框架借助于鍵合材料使芯片內部電路引出端（鍵合點）通過內引線與外引線的電氣連接形成電氣回路，它起到和外部導線連接的橋梁作用。

鍵合引線——引線框架型封裝的生命線

鍵合絲是芯片和引線框架間的連接線。鍵合絲產品按照材質不同可分為鍵合金絲、鍵合銅絲、鍵合銀絲和鍵合鋁絲等。

由于黃金具有化學性能穩定、抗氧化，不與酸和堿發生反應等特性，因此黃金制成的鍵合金絲具有延展性好、導電性能佳、金絲球焊速度快及可靠性高等特點，是鍵合絲各品種中使用最早、用量最大的一類。

但受到金價較高和鍵合銅絲生產技術不斷發展的影響，近年來，鍵合金絲占比不斷下降，銅絲占比不斷提升。而銀絲成本也低于金絲，且其鍵合過程不需要保護氣體，所以銀絲也成為了除銅絲以外替代金絲的另一種鍵合絲材料。

包封材料——塑封環節主要原材料

包封材料能夠避免芯片發生機械或化學損傷，并保證芯片功能穩定實現。因此，包封材料又被稱為集成電路的“外殼”。

我國半導體封裝中90%以上采用塑料封裝，而在塑料封裝中，有97%以上利用環氧塑封料（EMC）作為包封材料。因此，環氧塑封料已成為半導體行業發展的關鍵支撐產業。

4、半導體封測之——封裝技術深度解析

半導體封裝的分類方式與技術領域

封裝技術具有多種分類口徑。目前主流的分類方式包括按組裝方式分類、按引腳分布形態分類、按封裝材料分類和按氣密性分類等。

封裝技術幾乎覆蓋了所有科學技術領域。除了信息技術、工業技術外，封裝技術還涉及物理學、化學、電子工程、計算機工程、機械工程、材料科學與工程、化學工程、商學、經濟學、管理學及環境工程學等。其中，封裝主要包含了三個方面的技術，即電學、材料科學與工程和機械學方面的技術。

封裝技術的四個等級

半導體封裝技術與器件的硬件結構關系緊密。硬件結構可以分為有源元件和無源元件：有源元件是指需要外部電源才能實現特定功能的器件，例如半導體存儲器和邏輯半導體；無源元件是指不具備放大或轉換電能等主動功能的器件，例如電阻器和電容器。

電子封裝技術涵蓋的內容廣泛，根據硬件結構的裝載順序，封裝大體可分為0級封裝到3級封裝四個不同等級。

封裝技術要求

微電子產業的發展給封裝技術帶來全新要求。隨著集成電路產業的高速發展，需要集成在芯片上的功能日益增多，整個系統的功能都需要集成在一塊芯片上，因此芯片的集成度標準提高。除此之外，為了輕便或便于攜帶，小型化也是芯片發展的一個重要趨勢。集成電路的不斷發展對電子器件的封裝技術提出越來越高的要求。

傳統封裝與先進封裝的劃分與關聯

目前半導體封裝技術可分為基板型封裝和晶圓級封裝。根據有無焊線，基板型封裝可分為傳統封裝與先進封裝，而晶圓級封裝本身即屬于先進封裝。此外，使用倒裝（FC）技術、硅通孔（TSV）技術、多芯片組件技術（MCM）等先進技術也是先進封裝的主要特征之一。

先進封裝的發展可分為兩個方向：

小型化：3D封裝可以突破傳統的平面封裝的概念，通過單個封裝體內多次堆疊，實現存儲容量的倍增。

高集成：SiP能將數字/非數字功能、硅/非硅材料、CMOS/非CMOS電路，以及光電、MEMS、生物芯片等器件進行集成，大幅提升性能。

傳統封裝——技術突破開啟新階段

目前，業界主要以是否采用焊線為標準，區分傳統封裝和先進封裝。二者的主要區別在于產品工藝復雜程度、封裝形式、封裝技術、封裝材料是否為行業前沿等。

以新技術的突破為節點，傳統封裝的發展歷經通孔插裝型、表面貼裝型和球柵陣列型三個階段。

相較于先進封裝，傳統封裝具有性價比高、產品通用性強、使用成本低、應用領域廣等優點。由于汽車、消費電子中采用的模擬芯片、功率器件、分立器件、MCU等核心芯片對于小型化和集成化的要求較低，對可靠性和穩定性的要求較高，因此傳統封裝市場仍將保持穩定成長。

根據Yole統計，2022年，全球傳統封裝市場規模約為430億美元，仍大于先進封裝市場規模；預計傳統封裝市場規模在2021-2026年的CAGR為2.3%，增長穩定。

先進封裝——后摩爾時代的璀璨明珠

摩爾定律由英特爾創始人之一戈登·摩爾提出，其核心內容為：集成電路上可以容納的晶體管數目，在大約每經過18-24個月便會增加一倍，即處理器的性能每隔兩年左右翻一倍。

近幾年來，隨著芯片工藝的發展，硅的相關工藝水平逐漸進入物理瓶頸期：

一方面，鰭式場效應晶體管技術在沿用到5nm制程后陷入瓶頸。該技術能夠改善電路控制、減少漏電、縮短晶體管柵長。廠商計劃使用可以進一步減少漏電、增加驅動電流的閘極環繞場效應晶體管等新技術進行突破，但相關配套技術和設備還并不成熟，實現難度仍然較大。

另一方面，技術節點的縮小需要制造設備更新迭代，使得集成電路制造成本越來越高，僅有少數龍頭企業有能力繼續攻克制程難題，晶體管縮小的進程愈加困難。

基于此，摩爾定律逐步失效，后摩爾時代到來。

隨著摩爾定律逼近物理極限，依賴器件特征尺寸縮微來獲得成本、功耗和性能方面的提升變得越來越困難。近年來，手機處理器、射頻芯片、CPU/GPU、汽車芯片、AI芯片等應用場景在低功耗、高性能、小型化和多功能化等方面對芯片提出更高需求，故先進封裝受到廣泛重視。

不再使用引線框架的先進封裝具有小型化和高集成的特點，能夠實現封裝方案的更多可能。先進封裝由于能夠提升產品性能、降低制造成本，逐漸成為后摩爾時代實現節點突破的主流方向。

先進封裝——變革創新，影響深遠

在先進封裝中，2.5D/3D封裝是未來的發展主線，同時傳統的基于引線鍵合的引線框架類封裝也在不斷發展和進步以適應不同的產品應用。

自20世紀90年代中期，集成電路封裝體的外觀（形狀、引腳樣式）并未發生重大變化，但其內部結構發生了三次重大技術革新，分別為：倒裝封裝（FlipChip）、系統級封裝（SiP-SysteminaPackage）和晶圓級封裝技術（WLCSP-WaferLevelChipScalePackage）。

先進封裝與傳統封裝的主要區別：

先進封裝給芯片的功能拓展增加了可能性。

功能密度的提升：先進封裝可減少空間占用；

縮短互連長度：傳統封裝中，引線穿過外殼和引腳需要數十毫米甚至更長，先進封裝將互聯長度從毫米級縮短至微米級，提升芯片的性能和功耗；

實現系統重構：電子系統的構建可在芯片級基板級進行，在封裝內部即可實現所謂系統級封裝。

先進封裝主要特征與發展趨勢

先進封裝較傳統封裝，提升了芯片產品的集成密度和互聯速度，降低了設計門檻，優化了功能搭配的靈活性。例如，倒裝將芯片與襯底互聯，縮短了互聯長度，實現了芯片性能增強和散熱、可靠性的改善。

先進封裝的主要特征包括：封裝元件概念演變為封裝系統；單芯片向多芯片發展；平面封裝（MCM）向立體封裝（3D）發展；倒裝連接、TSV硅通孔連接成為主要鍵合方式等。具體的先進封裝囊括倒裝、晶圓級封裝以及POP/Sip/TSV等。

封裝技術的演變歷程與工藝解析

根據《中國半導體封裝業的發展》，全球封裝技術經歷了五個發展階段。當前全球封裝行業的主流處于以CSP、BGA封裝為主的第三階段，并向第四、第五階段的SiP、SoC、TSV等封裝邁進。近年來，國內領先封裝企業通過自主研發和收購兼并等方式逐步掌握第三、四、五階段的部分先進封裝技術，但國內市場主流封裝產品仍處于第二、三階段，整體發展水平與國外仍存在一定差距。

Chiplet應運而生，化整為零優勢顯著

Chiplet正是先進封裝技術的重要應用，亦是后道制程提升AI芯片算力的最佳途徑之一。AI大模型等新一代信息技術加速演進，對算力資源提出更高要求，也加速了芯片性能的發展。傳統芯片的設計與制造通常采用單片式SoC方案，將多個負責不同類型任務的單元通過光刻的形式制作到同一塊晶圓上。但傳統SoC在算力時代下面臨著許多挑戰：隨著芯片尺寸的增加與工藝節點的逐漸減小，良率不斷降低從而引起硬件成本飆升；傳統SoC方案采用統一的工藝制程，導致SoC芯片上各部分需要同步進行迭代。在上述背景下，Chiplet技術應運而生，成為芯片行業的新興發展方案。

Chiplet的原理：旨在將大芯片“化整為零”，實現硅片級別的“解構—重構—復用”。Chiplet將原本一塊復雜的SoC芯片，從設計時就按照不同的計算單元或功能單元對其進行分解，然后每個IP單元選擇最適合的工藝制程進行制造，再將這些模塊化的裸片互聯起來，通過先進封裝技術，將不同功能、不同工藝制造的Chiplet封裝成一個SoC芯片。后續Chiplet芯片的升級也可以選擇僅升級部分IP單元對應的Chip，而將部分IP保留，實現一種新形式的IP復用。

Chiplet的優勢：

1.大幅降低芯片成本：不同的Chiplet可以根據需要分別進行設計，且硅片級別的IP可以復用，設計成本大幅降低；由于晶圓的缺陷率是恒定值，芯片面積越小，良率越高，所以Chiplet可有效改善良率，減少制造環節產生的成本。且當芯片面積越大、工藝制程越先進時，Chiplet的成本優勢更加顯著。

2.通過多個Chiplets級聯獲得性能的線性增長：如蘋果可以通過堆疊兩顆M1Max芯片使M1Ultra直接獲得兩倍M1Max的算力；

3.異構重組：不同IP單元可以采用不同的工藝，例如，對CPU等工藝提升敏感的模塊，可以采用先進制程生產，而對I/O等工藝提升不敏感的模塊，則可以采用成熟制程制造，這大大提升了芯片設計與制造的靈活性，后續選擇性迭代也能縮短產品的上市周期。

Chiplet先進封裝方案選擇

Chiplet技術發展的基礎是先進封裝，而業界對Chiplet所采用的先進封裝技術各有不同。傳統封裝技術已不能適應Chiplet技術發展的需要，因此先進封裝技術在Chiplet中被大量應用：封裝結構從2D到3D封裝，在各個維度提高互連密度，縮小互連距離，同時降低成本；芯片焊接工藝從回流焊發展到熱壓焊、混合鍵合，芯片互連節距從100μm以上縮小到3μm甚至更小，互連帶寬更大，互連質量更好。按封裝介質材料和封裝工藝劃分，當前Chiplet的實現方式主要包括以下幾種：2D封裝、2D+封裝、2.5D封裝、3D封裝。

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