半導體先進封裝深度報告

半導體先進封裝深度報告先進封裝：后摩爾時代提升系統(tǒng)性能的重要路徑封裝簡介：為半導體產(chǎn)業(yè)鏈后段部分，面向小型化、集成化發(fā)展封裝為半導體產(chǎn)業(yè)核心一環(huán)，主要目的為保護芯片。半導體封裝測試處于晶圓制造過程中的后段部分，在芯片制造完后，將晶圓進行封裝測試，將通過測試的晶圓按需求及功能加工得到芯片，屬于整個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、增強導熱性能作用，實現(xiàn)規(guī)格標準化且便于將芯片的I/O端口連接到部件級（系統(tǒng)級）的印制電路板（PCB）、玻璃基板等材料上，以實現(xiàn)電路連接，確保電路正常工作。封裝外殼材料通?？煞譃樗芰稀⑻沾?、金屬三種。封裝的材料主要有塑料、陶瓷、金屬封裝三種，塑料封裝的散熱性最差，但塑料制作最容易、成本最低，通常使用在結(jié)構(gòu)較簡單、芯片內(nèi)含有CMOS數(shù)目較少的集成電路；陶瓷封裝的散熱性較佳，但是陶瓷需要燒結(jié)成型，成本較高，通常使用在結(jié)構(gòu)較復雜的芯片；而金屬的散熱性是最好的，但金屬會導電，因此無法直接作為封裝外殼，所以目前大多先使用陶瓷或塑膠封裝，并將封裝外殼上方的陶瓷或塑膠以金屬外殼取代。封裝連接結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)部封裝以及外部封裝，晶圓級封裝跳脫于傳統(tǒng)內(nèi)部及外部封裝之分。封裝內(nèi)部是指封裝內(nèi)部芯片與載體(引線框架或載板)之間的連接方式，最常見方式包括引線鍵合(WB,Wirebonding)、載帶自動焊(TAB)、倒裝封裝(FC,FlipChip)，載體是芯片裸晶和印刷電路板(PCB)傳遞電信號的管道，目前市場上應(yīng)用最多的是引線鍵合(WB)及倒裝封裝(FC)。而外部封裝為引線框架(或載板)與印刷電路板(PCB)之間的連接方式，是我們?nèi)庋劭梢姷姆庋b外型，也是最常被提及的封裝形式，例如QFP、QFN、BGA、LGA等。此外，部分晶圓級封裝因為無需引線框架或?qū)Ь€載板，直接與PCB板連接，因此跳脫于傳統(tǒng)內(nèi)部及外部封裝之分。封裝效果以封裝效率、引腳數(shù)衡量、散熱程度為三大衡量指標。封裝效果的主要評價標準以封裝效率、引腳數(shù)、散熱性能為主。在滿足封裝基本要求的前提下，封裝效果評價主要基于以下三點：

1)封裝效率。芯片面積/封裝面積，盡量接近1:1為宜，縮小體積為目前封裝發(fā)展方向，晶圓級封裝能夠做到接近1:1的比例；

2)引腳數(shù)。每單位(mm2)引腳數(shù)越多（I/O越多），封裝程度越高級，但是工藝難度也相應(yīng)增加，引腳數(shù)多的封裝通常用在高端的數(shù)字芯片封裝中；

3)散熱程度。引腳數(shù)越多，所產(chǎn)生的熱能越多；封裝體積越小，散熱效能越低，因此如何在封裝效率、引腳數(shù)、散熱程度取得平衡，成為封裝評價關(guān)鍵的一點。先進封裝：摩爾定律放緩且成本提升，集成化封裝為提升系統(tǒng)性能另一發(fā)展主軸摩爾定律迭代速度放緩，從系統(tǒng)應(yīng)用出發(fā)，整體性能提升依靠先進封裝技術(shù)。在硅基半導體的技術(shù)演進上，每18-24個月晶體管的數(shù)量每年翻倍，帶來芯片性能提升一倍，或成本下降一半，這一規(guī)律稱為“摩爾定律”。先進制程帶來的成本優(yōu)勢和先發(fā)優(yōu)勢，使得半導體廠商一直致力于實現(xiàn)特征尺寸的縮小，而如今，隨著延續(xù)摩爾定律所需新技術(shù)研發(fā)門檻提高、研發(fā)周期拉長，制程工藝迭代需花費更長時間，且成本提升明顯。業(yè)界認為，系統(tǒng)異質(zhì)整合是提升系統(tǒng)性能，降低成本的關(guān)鍵技術(shù)之一，需要依賴先進封裝技術(shù)。以CPU為例，從CPU處理器的性能發(fā)展驅(qū)動力來看，近十余年，單核性能提升的效果邊際降低，增加處理器核心數(shù)量尤為關(guān)鍵。由于單顆芯片面積越大，良率越低，相應(yīng)成本越高，先進封裝成為低成本增加核心數(shù)量的重要方式。以AMD的chiplets架構(gòu)舉例，可以設(shè)計成多晶粒架構(gòu)，將處理器的多個處理核心制造在多個晶粒里，再封裝整合成單一CPU，取代原本將所有核心在單一芯片統(tǒng)一制造的方式，可大大降低成本。再如蘋果于2022年發(fā)布的M1Ultra芯片是由兩顆M1Max芯片通過臺積電

InFO-LSI技術(shù)封裝在一起，實現(xiàn)了芯片性能的翻倍。先進封裝技術(shù)能解決異質(zhì)高密度的集成，運用封裝技術(shù)繼續(xù)提升整體性能。封裝朝小型化、多引腳、高集成目標持續(xù)演進。封裝歷史發(fā)展大概分為五階段，目前市場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??；I/O數(shù)量也從過去6個引腳增加到數(shù)千個以上。先進封裝位于整個封裝技術(shù)發(fā)展的第四階段及第五階段，I/O數(shù)量多、芯片相對小、高度集成化為先進封裝特色。先進封裝以內(nèi)部封裝工藝的先進性為評判標準，并以內(nèi)部連接有無基板可分兩大類。先進封裝的劃分點在于工藝以及封裝技術(shù)的先進性，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封裝，而內(nèi)部采用倒裝(FC)、晶圓級(WL)等先進技術(shù)的封裝則可以稱為先進封裝，先進封裝以內(nèi)部連接有無載體(基板)可一分為二進行劃分：

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，多芯片封裝會在中介層(或基板)之上有多個芯片并排或者堆疊，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)、EmbeddedSiP、2.5D/3DIntegration。2)無載體(晶圓級)：不需要基板、引線框架或中介層(Interposer)，因此無內(nèi)外部封裝之分，以晶圓級封裝為代表，運用重布線層(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3DFO封裝，晶圓級封裝為目前封裝技術(shù)中最先進的技術(shù)類別。先進封裝以縮小尺寸、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，推動封裝的進步，內(nèi)外部封裝可以搭配組合成不同的高性能封裝產(chǎn)品。下游應(yīng)用：移動設(shè)備、多引腳、高性能產(chǎn)品為主要需求晶圓級封裝多用在小型移動設(shè)備，基板型多用在引腳多且無體積限制的產(chǎn)品，多芯片又可以被歸類為SiP封裝。先進封裝可以由單芯片、多芯片、晶圓級、基板級組合而成，晶圓級和基板級的不同源自于制程上的差異，晶圓級封裝用到芯片制造的工藝，需要淀積、光刻、去膠、刻蝕等流程，相較于基板級封裝，晶圓級封裝能夠有更小的封裝體積，因此多用在小型移動設(shè)備，而基板級多用在高引腳且無體積限制的產(chǎn)品。一般而言，多芯片封裝都在封裝內(nèi)部自成一個子系統(tǒng)，因此多芯片又可以被歸類為SiP(SysteminPackage,系統(tǒng)級封裝)，SiP封裝關(guān)注在封裝內(nèi)的系統(tǒng)實現(xiàn)，不管先進性與否，只要是能自成系統(tǒng)的都可以稱為SiP，而先進封裝領(lǐng)域的SiP包括2.5D/3DFO、Embedded、2.5D/3DIntegration以及技術(shù)比較先進的異質(zhì)異構(gòu)封裝(比如蘋果手表S系列芯片)等。1.單芯片基板型FCBGA為FC與BGA合成，多用在高引腳數(shù)量和高性能ASIC(專用集成電路)。FCBGA顧名思義就是FC倒裝技術(shù)與BGA技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。這種封裝使用焊球作為底部引腳來連接基板與PCB的同時，芯片通過FC技術(shù)與基板實現(xiàn)互連。該技術(shù)主要特點表現(xiàn)在以下三個方面：（1）優(yōu)異的電性效能，同時可以減少組件互連間的損耗及電感，降低電磁干擾的問題，并承受較高的頻率；（2）提高I/O的密度，提高使用效率，有效縮小基板面積縮小30%至60%，I/O可以支持600-1200個以上；（3）散熱性好，可提高芯片在高速運行時的穩(wěn)定性。FCBGA大量應(yīng)用在高引腳數(shù)量和高性能ASIC，大尺寸FCBGA能提供滿足互聯(lián)網(wǎng)、工作站處理器和高帶寬系統(tǒng)通訊設(shè)備需求的封裝解決方案，目前FCBGA常見應(yīng)用包括CPU、圖形加速芯片、服務(wù)器等，其改良版FCLGA可以支持數(shù)千個I/O，最典型的應(yīng)用就是英特爾

CPU封裝。2.多芯片基板型EmbeddedSiP適合低功耗及高溫環(huán)境，多用在電源管理芯片。EmbeddedSiP封裝是將Die嵌入在基板內(nèi)，不同于常見的形式是放在基板之上，嵌入式的好處在于芯片之間連接距離變近，能夠降低功耗損失，此外這種封裝方式耐熱性能也較好，電源管理能力出眾，因此被大量應(yīng)用在電源管理芯片、傳感器、影像模組、微控制器等需要低功耗及高溫環(huán)境運作的產(chǎn)品。3.單芯片晶圓型晶圓級封裝(WLP)不需任何中介層，分扇出及扇入型兩種，大量用在小型便攜移動設(shè)備。晶圓級封裝分為扇入型(Fan-in)跟扇出型(Fan-out)，扇入的原理就是在原芯片尺寸內(nèi)部將所需要的I/O口排列完成，封裝尺寸基本等于芯片尺寸，I/O數(shù)量一般小于400，大量運用在小型便攜產(chǎn)品，應(yīng)用包括電源管理、高端射頻芯片，F(xiàn)PGA等。而當芯片的尺寸不足以放下所有I/O接口的時候，就需要扇出型封裝，在芯片范圍外利用RDL做連接，以獲取更多的引腳數(shù)，在環(huán)氧樹脂（EMC）中嵌入每個裸片時，每個裸片間的空隙有一個額外的I/O連接點，這樣I/O數(shù)會更高，使互連密度最大化，屬于人為擴大芯片的封裝尺寸。扇出型封裝多運用在高速，低功耗和高頻率的小型移動設(shè)備。扇出型封裝制程主要有三種，大體與扇入型封裝差不多，主要差別在于前期會將芯片取下重組晶圓。扇出型封裝為扇入型封裝的改良，其制程與扇入型封裝基本一致，不同的是其并不是拿原始硅片去做，而是會將芯片切割下來后重組晶圓，原因是要制造扇出區(qū)的空間出來，扇出型封裝有三種主要制造工藝，第一是芯片先裝/面朝下（mold-first/face-down）、第二是芯片先裝/面朝上（mold-first/face-up）和第三芯片后裝（RDL-first）。以mold-first/face-down工藝流程為例，封裝廠將晶圓廠的原始硅片進行芯片切割，最后通過芯片貼裝系統(tǒng)，將芯片放置在臨時載板上。環(huán)氧模塑料被塑封在芯片和載板上，形成重構(gòu)晶圓，然后在重構(gòu)晶圓內(nèi)形成RDL。在RDL制造流程中，先在襯底上沉積一層銅種子層，再在該結(jié)構(gòu)上涂布一層光刻膠，然后利用光刻設(shè)備將其圖案化，最后電鍍系統(tǒng)將銅金屬化層沉積其中，形成最終的RDL?；旧戏庋b工序與扇入型封裝大同小異。4.多芯片晶圓型2.5D/3DFan-out應(yīng)用在高端移動設(shè)備終端。2.5D/3DFan-out由扇出型晶圓級封裝發(fā)展而來，歸屬扇出型封裝一類，其I/O數(shù)可高達數(shù)千個，是目前最先進的封裝技術(shù)，被大量運用在應(yīng)用在移動設(shè)備終端，包括用于CPU、GPU、電源管理芯片、射頻收發(fā)器芯片、基帶處理器、高端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等多種高端應(yīng)用領(lǐng)域，晶圓代工廠進入2.5D/3DFan-out且引領(lǐng)整個行業(yè)。5.SiP封裝SiP封裝涵蓋廣，關(guān)注系統(tǒng)在封裝內(nèi)的實現(xiàn)，大量運用在5G應(yīng)用場景。系統(tǒng)級封裝(SiP,Systemin-a-package)為MCM封裝的演進，相較于MCM主要為芯片組成，SiP可以由無源器件、光電組件等不同功能的電子組件組進行排列組裝，形成一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)，關(guān)注系統(tǒng)在封裝內(nèi)的實現(xiàn)。上述多芯片的封裝皆可屬于SiP封裝，此外有些SiP封裝因為工藝較先進，雖只是將有源和無源器件集成，但可以被歸為先進封裝，如蘋果手表S系列芯片。SiP封裝概念很廣，只要是系統(tǒng)級封裝都可以稱之，包含2D-3D結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在被大量應(yīng)用在穿戴式裝置（如智能手表、藍牙耳機等）、5G毫米波（mmWave）天線封裝模組（AiP）等應(yīng)用。市場空間：預計先進封裝五年后超500億美元，倒裝封裝為主要應(yīng)用2020年全球/中國封測市場規(guī)模分別約660億美元/2510億元，預計2020~2025年CAGR分別約5%、10%。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，全球封裝市場規(guī)模穩(wěn)步增長，2020年全球市場規(guī)模660億美元，2025年將提升到850億美元左右，對應(yīng)CAGR達5.2%。中國作為全球最大的芯片消費國，市場對于封測的需求也日益增加，據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會，2020/2021年市場規(guī)模分別為2510/2763億元，2013-2021年CAGR為12.2%；據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究員預測，2026年有望提升至4419億元，2021-2026年CAGR約9.9%，增速遠快于全球，原因一是中國半導體市場需求蓬勃，二是受益于國產(chǎn)替代的加速進行，三是國內(nèi)封測廠積極擴廠使封裝量產(chǎn)能力增加，而刺激國內(nèi)封測收入激增。Flip-chip倒裝封裝牢牢占據(jù)先進封裝行業(yè)收入頂點，3D堆疊/嵌入式封裝/晶圓級扇出成長幅度最大。先進封測市場規(guī)模以互連技術(shù)劃分，目前以倒裝封裝（Flip-chip）最大，其次是晶圓級扇入型Fan-in和晶圓級扇出型Fan-out封裝?；孱愊冗M封裝基本上都需要Flip-chip倒裝進行內(nèi)部封裝，因此Flip-chip占據(jù)超過80%的先進封裝市場份額，許多沒體積限制又需要高引腳的產(chǎn)品多采用這種方式；而晶圓級封裝相對于整體先進封裝市場規(guī)模還較小，主要是因為制程較領(lǐng)先且各廠商還在積極放量中，目前應(yīng)用多在高端的小型體積封裝。若從成長幅度來看，3D堆疊/嵌入式封裝/晶圓級扇出型為發(fā)展最快速的前三大應(yīng)用市場，Yole預測2019-2025CAGR分別為21.3%/18%/16%，此外TSV作為2.5D/3D立體封裝會大量使用到的互連技術(shù)，Yole預測2019-2025CAGR為29%，增長幅度大幅領(lǐng)先其他技術(shù)。競爭格局：IDM+Foundry切入先進封裝，OSAT頭部集中封測行業(yè)集中度高,中國大陸、中國臺灣、美國占據(jù)全球近90%份額。由于廠商需要長期的大額資本開支，全球委外封裝業(yè)務(wù)(OSAT)有較為集中的特性。大量中小型封測廠商被并購，行業(yè)集中度提升。近幾年行業(yè)發(fā)生最大的一起并購案，是全球最大的封測廠日月光收購的全球第四大封測廠的矽品，并購金額高達40億美元。在行業(yè)龍頭割據(jù)下，封測產(chǎn)業(yè)從地理位置上也呈現(xiàn)高度集中的態(tài)勢，2020年中國臺灣、中國大陸、美國市占率分別為52%/21%/15%，合計占據(jù)88%的市場份額。封測廠客戶集中度高，營收波動較大。因為各委外封裝廠均有自己擅長的主要封測領(lǐng)域，因此封測廠的客戶比較集中，從營收來看，2021年大多數(shù)大型的封測廠前五大營收占比集中在40%以上，也有許多高于60%，因此多數(shù)公司營收會出現(xiàn)較依賴大型客戶的情形，受大客戶訂單波動影響概率高，但相對的因為大客戶的集中，銷售費用、員工差旅費用、業(yè)務(wù)招待、應(yīng)收賬款催收等支出能有效降低，在成本及規(guī)模效應(yīng)明顯的封測行業(yè)，支出的控制也是競爭優(yōu)勢之一。晶圓制造巨頭觸角伸向后端封裝，打造從制造到封裝的一體化工藝程序，OSAT在壓力下集中度或?qū)⒗^續(xù)提升。隨著智能手機的發(fā)展、5G普及、自動駕駛興起、高性能運算需求大增，對于芯片要求小體積、高性能、多功能整合、低功耗設(shè)計，伴隨著先進制程的物理瓶頸，除了傳統(tǒng)委外封測代工廠(OSAT)外，晶圓代工廠以及IDM公司也都相繼成立自己的封裝廠，開發(fā)高端的封裝技術(shù)，包括臺積電、英特爾、三星等企業(yè)都已展開布局多年，比如臺積電目前已有四座先進芯片封裝廠，持續(xù)加碼投資人民幣716億元于臺灣苗栗興建第五座封裝廠；三星也有數(shù)座封裝廠、晶圓代工廠將觸角延伸至后端封測領(lǐng)域，可推斷出未來十年先進封裝將扮演半導體行業(yè)重要角色之一。先進封裝的規(guī)模在整體封裝市場比重不斷上升，在后摩爾時代，封裝行業(yè)變成兵家必爭之地，未來將會演變成晶圓制造廠有自己從制造到封裝的一體化工藝程序，而OSAT則是強者恒強，有望更加集中。三大先進封裝：SiP、晶圓級封裝、2.5D/3D封裝SiP：5G/物聯(lián)網(wǎng)需求增長，2025年有望達188億美元，OSAT異質(zhì)異構(gòu)把控市場從單片集成到異質(zhì)異構(gòu)集成，SiP料將超過SoC成為電路集成化主要解決方案。芯片集成化是行業(yè)明確發(fā)展趨勢，將電子系統(tǒng)各方面功能高度集成主要有兩條技術(shù)路徑，一是SoC技術(shù)（SystemonChip），實質(zhì)為單片集成，通過芯片設(shè)計在制造環(huán)節(jié)將多個組件集成在一個芯片上，增加電路傳遞效能進而降低功耗，且節(jié)省體積，缺點是工藝統(tǒng)一、成本高昂，多應(yīng)用在高單價且運算功能要求高的HPC、CPU、GPU等；二是SiP技術(shù)（SysteminPackage），實質(zhì)可以實現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)集成，在封測端將多個芯片封裝成一個系統(tǒng)，與SoC相比，SiP具有開發(fā)周期短、成本較低的優(yōu)勢，可以集成不同工藝芯片，降低成本，更加多樣化?；诔杀炯皯?yīng)用考慮，SiP實現(xiàn)的異質(zhì)異構(gòu)集成，在應(yīng)用層面比SoC更廣闊。2025年SiP封裝規(guī)模有望達188億美元，以倒裝Flip-chipSiP封裝形式為主。SiP封裝概念較廣，只要是系統(tǒng)級封裝都可以稱之，包含2D-3D結(jié)構(gòu)，SiP封裝在未來會飛快的增長。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，在先進封裝領(lǐng)域，2019年SiP封裝市場規(guī)模約為134億美元，Yole預計2025將達188億美元，對應(yīng)CAGR達11%，成長迅速，其中Flip-chip技術(shù)占SiP封裝市場規(guī)模的91%，為最大的應(yīng)用封裝技術(shù)，其次為扇出型晶圓級封裝，占比約8.5%，最后為嵌入式封裝，占比僅0.5%。Yole預計2025年Flip-chipSiP/扇出型SiP/嵌入式SiP市場規(guī)模分別為171/13.64/3.15億美元。5G手機出貨量增長、物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)應(yīng)用增加，刺激SiP封裝需求。消費電子以智能手機為主要市場，射頻芯片(RF)是智能手機的核心芯片之一。StrategyAnalytics預測，全球5G手機出貨量將在2024年來到8.55億臺，而伴隨而來的就是大量的射頻芯片需求；

Yole預測2025年全球射頻芯片的規(guī)模將會到254億美元，相較于2020年167億美元，CAGR高達8.7%。除了智能手機及5G基站等射頻類有SiP封裝需求，物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的應(yīng)用場景也激發(fā)需求增加，包括家電、穿戴式設(shè)備、傳感器、汽車、智能家居等應(yīng)用都會采用。SiP封裝發(fā)展較成熟但仍具挑戰(zhàn)，各家廠商群雄逐鹿。SiP封裝于未來將有廣闊市場空間，各大OSAT已布局多年，目前SiP在先進封裝領(lǐng)域已經(jīng)相對成熟，但在異質(zhì)整合的應(yīng)用上仍有部分困難點，以射頻模組應(yīng)用目前的兩個挑戰(zhàn)舉例：（1）兼容的射頻器件數(shù)量大幅度提升，導致系統(tǒng)連接變得更加復雜，各個功能芯片、被動元件、基板乃至注塑材料之間，會產(chǎn)生不同程度的干擾，假如同時將Sub-6GHz與毫米波天線模組兼容進去，又會更復雜，因此平衡各個模組間的運行是第一大挑戰(zhàn)；（2）多器件的高密度擺放、芯片堆疊會造成制造問題，比如芯片與基板的連接材料、塑封原材料都要求低損耗特性等功能，又增加困難度。SiP封裝為各家封裝廠商的投入重點，也在尋找各自方法解決封裝難點。異質(zhì)異構(gòu)SiP封裝由OSAT把持，晶圓代工廠布局意圖不大，國內(nèi)廠商與國際技術(shù)同一水平。OSAT廠相對晶圓代工廠的SiP封裝優(yōu)勢在于異質(zhì)異構(gòu)的先進封裝，比如蘋果手表S系列的高密度整合各種有源及無源組件，相似產(chǎn)品多應(yīng)用在射頻、基站、車用電子等領(lǐng)域的多種組件集成，晶圓代工廠對這塊領(lǐng)域的布局意圖不大，更多應(yīng)用在高性能計算、高端傳感等工藝最難的高密度產(chǎn)品，包括晶圓級封裝、2.5D/3D產(chǎn)品等，注重自身高端客戶需求以及高毛利產(chǎn)品，因此對于封測廠(OSAT)來說，異質(zhì)異構(gòu)SiP封裝是一個穩(wěn)定的增量市場。從技術(shù)上來看，國內(nèi)廠商異質(zhì)異構(gòu)SiP封裝技術(shù)基本與國際保持同一水平。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年OSAT占據(jù)60%的SiP市場份額，而IDM和晶圓代工廠分別占據(jù)25%和14%。晶圓級封裝：2025年市場規(guī)模有望超55億美元，對應(yīng)5年CAGR近20%2025年晶圓級封裝市場規(guī)模有望成長至55.37億美元，對應(yīng)2020-2025年CAGR達12.6%。其中，扇出型晶圓級封裝成長最快，對應(yīng)2020-2025年CAGR達19.7%。晶圓級封裝為先進封裝重點發(fā)展之一，因為封裝后體積小，所以大量運用在移動設(shè)備領(lǐng)域，F(xiàn)an-in大量運用在手機、通信和汽車領(lǐng)域，引腳數(shù)相對較少的芯片類型，例如電源管理IC、射頻組件、傳感器等，F(xiàn)an-out大量運用在引腳數(shù)較多的高性能芯片，如高性能計算、應(yīng)用處理器、CPU/GPU、射頻AiP等，考慮引腳數(shù)差別，F(xiàn)an-out的應(yīng)用層級比Fan-in更高。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年晶圓級封裝市場規(guī)模為30.64億美元，Yole預計2025年成長至55.37億美元，對應(yīng)5年CAGR為12.6%；其中，扇出型晶圓級增速最快，市場規(guī)模有望從2020年12.37億美元成長至2025年30.46億美元，對應(yīng)2020-2025年CAGR為19.7%，高于整體平均增速。扇入型封裝OSAT仍是市場主要玩家，扇出型封裝Foundry有望成為市場主流。從市場玩家來看，目前扇入型封裝由封測廠(OSAT)把持，未來料也將延續(xù)這個趨勢；而扇出型封裝因為I/O數(shù)量更多且能隨依照客戶I/O需求定制化，高彈性使得應(yīng)用場景較廣，所以競爭者較多，包含封測廠(OSAT)、晶圓代工廠(Foundry)、IDM公司都相繼投入其中，Yole認為傳統(tǒng)OSAT廠在扇出型封裝將會受到較大沖擊，預計到2024年，晶圓代工廠商將會占據(jù)71%的市場，而OSAT的市場份額將會降至19%。扇入型晶圓級封裝制程節(jié)點多用在高于55nm的晶圓，五大封測廠實力相近。扇入型晶圓級封裝因為體積受限，幾乎都用在體積小且制程節(jié)點高于55nm的產(chǎn)品，比如TWS藍牙耳機等。扇入型晶圓級封裝主要結(jié)構(gòu)為重布層(RDL)、金屬球(多為錫球)，因此各公司技術(shù)節(jié)點往往從RDL(重布層)的最小線寬(l/w)、金屬球直徑以及金屬球間距三個數(shù)據(jù)做為評判指標。從產(chǎn)業(yè)的技術(shù)實力來看，扇入型晶圓級封裝目前以頭部OSAT為引領(lǐng)，前五大公司重布層最小線寬都能達到10/10um含以下，國內(nèi)廠商長電科技和通富微電與國際廠商的技術(shù)實力為國際一線，華天科技為國內(nèi)前列。扇出型晶圓級封裝使用變化多，臺積電、三星領(lǐng)先業(yè)界。扇出型晶圓級封裝因為使用較為彈性，應(yīng)用廣泛，相較于扇入型晶圓級封裝，可以應(yīng)用在制程節(jié)點較先進的芯片，因為此類芯片通常需要大量I/O連接才能達到使用效能，所以成為解決方案；此外扇出封裝可以實現(xiàn)2D-3D的封裝方式，因為使用方面多樣化，吸引Foundry和IDM廠商進入。扇出型晶圓級封裝的技術(shù)節(jié)點可以從RDL（重布層）最小線寬（l/w）判斷，晶圓級封裝因為涉及前道封裝延續(xù)，目前臺積電、三星的扇出型封技術(shù)最為先進。2.5D/3D：2025年市場規(guī)模有望達118億美元，晶圓代工廠優(yōu)勢明顯，臺積電/英特爾引領(lǐng)市場2.5D/3D封裝屬于高密度先進封裝（HDAP）與系統(tǒng)級封裝（SiP）結(jié)合的子集，大量運用在集成度高的高端產(chǎn)品。2.5D封裝及3D封裝為SiP概念的子集，專注于多芯片的堆疊和并列技術(shù)，從應(yīng)用方面來看，多應(yīng)用在集成度較高的產(chǎn)品，包括傳感器產(chǎn)品(MEMS/CIS/Sensor)、高性能計算產(chǎn)品(CPU/GPU/HPC)、網(wǎng)通設(shè)備等，從制造端看，2.5D/3D封裝可以由有中介層(interposer)的一般封裝、以及無中介層的扇出型晶圓級實現(xiàn)。預計2.5D/3D封裝2025年全球營收規(guī)模118.2億美元，對應(yīng)CAGR（2021-2025）達15.7%，芯片互連方式為立體封裝關(guān)鍵。2.近年來5D/3D封裝規(guī)模成長迅速。Yole預測，2.5D/3D封裝出貨量從2021的30.8億件增長至2025年的50.3億件，對應(yīng)CAGR達13.1%；全球營收規(guī)模將從2021年的66.1億美元增加至2025年的118.2億美元，對應(yīng)CAGR高達15.7%，發(fā)展?jié)摿@人。2.5D/3D封裝專注于立體封裝技術(shù)，因此芯片的互連成為其關(guān)鍵問題，各大廠商均是在解決立體結(jié)構(gòu)的兩個對象如何完成物理連接，才能夠制造出體積小、集成度高、速度快、功耗小的封裝產(chǎn)品。使用中介層、中介層嵌入在基板內(nèi)、使用微凸塊（μbump）的直接垂直堆疊、扇出型晶圓級封裝為2.5D/3D封裝四大主要連接方式。在2.5D/3D封裝中，分為晶圓級和基板型，基板型又可劃分成三種方法。第一種方法為使用中介層，常見的有TSV中介層，將硅中介層置于所有互連的裸晶die下面，再通過基板封裝鋪設(shè)走線，這種方法為三種方法中最方便的；第二種方法為將中介層嵌入在基板中，僅用于一個特定的die連接到另一個die，這種方法使用局部硅互連和重布層整合，執(zhí)行效率比第一種中介層方法更為迅速，而且中介層嵌入后體積能縮??；第三個是die對die使用微凸塊和TSV直接垂直堆疊，不需要中介層當媒介，也就3D堆疊技術(shù)，為三者中技術(shù)要求最高的一種，同時傳輸數(shù)度也最快。而晶圓級則是用扇出型封裝實現(xiàn)，不需要基板(Substrate)做連接，而是用RDL(重布層)直接做互連媒介。1.

臺積電臺積電

3DFabric平臺強力進擊三維封裝，前段封裝占據(jù)絕對優(yōu)勢。臺積電在2020年8月將旗下3DIC技術(shù)平臺并命名為3DFabric，包括SoIC、InFO、CoWoS三大封裝技術(shù)，臺積電跨足前道封裝(SoIC)和后道封裝(CoWoS,InFO)，前道封裝是在晶圓上，將同質(zhì)或異構(gòu)小芯片都整合到一個類似SoC的芯片中，讓芯片有更小的面積和更薄的外形，芯片就像普通的SoC一樣，但嵌入了所需的異質(zhì)整合功能，例如制作3DTSV連接通道，這種技術(shù)在設(shè)計階段就要考慮并協(xié)同設(shè)計，由于本質(zhì)是在做一顆SoC芯片，因此只有晶圓廠可以做，尤其是需要先進制程產(chǎn)品，臺積電具絕對優(yōu)勢。后道封裝為將前道封裝完成的芯片搭配立體封裝技術(shù)，像是臺積電的CoWoS和InFO，而后道封裝技術(shù)也是其他封測廠商積極跨入的領(lǐng)域，晶圓代工廠不會獨占，成為行業(yè)競爭最激烈的一塊領(lǐng)域。1)CoWoS?：2011年推出2012年量產(chǎn)，全稱ChiponWaferonSubstrate，有CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L三種，S為最常見的硅中介層、R為RDL(重布層)、L為LSI(嵌入式)。CoWoS-S為最早開發(fā)的系列，芯片通過ChiponWafer(CoW)的封裝制程連接至硅晶圓，再把CoW芯片與基板(Substrate)連接，整合成CoWoS。CoWoS-R為扇出型晶圓級封裝，使用重布層連接。CoWoS-L也是扇出型晶圓級，為CoWoS-S和InFO技術(shù)的結(jié)合，使用局部硅互連嵌入在重布層進行整合。CoWoS?系列為臺積電歷史最悠久的技術(shù)，適用高速運算產(chǎn)品。2)InFO：2016年推出，全稱為IntegratedFan-Out，包括InFO_oS、InFO_PoP等。InFO-oS為扇出型晶圓級封裝，與CoWoS-L相似，使用局部硅互連將多個InFOdie連接在一起，并且嵌入在重布層內(nèi)，InFO系列封裝適用小芯片的消費性產(chǎn)品封裝。InFO_PoP為全球第一個3D扇出晶圓級封裝，上方通常為DRAM互連至基板，再通過凸塊與下方扇出型晶圓級封裝的處理器進行連接，形成立體結(jié)構(gòu)，適用移動裝置。3)SoIC?：2019年推出，2021年量產(chǎn)，全稱為SystemofIntegratedchips，包含CoW(ChiponWafer)/WoW(WaferonWafer)兩種方案，為目前全球最領(lǐng)先的3DIC內(nèi)部堆疊互連技術(shù)之一，CoW為單芯片去做互連，WoW直接用整塊晶圓去做互連，SoIC?主要實現(xiàn)多個die堆疊的3D構(gòu)造塊，在垂直堆疊的芯片之間的每平方毫米空間能夠?qū)崿F(xiàn)約10,000個互連，此外超越了過去的中介層或芯片堆疊的實現(xiàn)方式，允許在不使用任何微凸點的情況下堆疊硅芯片，直接將硅的金屬層對準并鍵合到硅芯片上（類似Intel的HybridBonding），能對10納米以下的制程進行晶圓級的接合技術(shù)，適合高頻寬、高效率的邏輯與存儲的堆疊，且不但能用于主動器件之間的堆疊，還能實現(xiàn)主動器件到被動器件的堆疊。相較于傳統(tǒng)3DIC，SoIC的Bump/bond密度增加16倍，Bump/bond間距縮小0.23倍，為目前最先進的堆疊互連技術(shù)之一。2.

英特爾英特爾

2.5D/3D應(yīng)用時間晚于臺積電，產(chǎn)品定位以封裝自家產(chǎn)品為主。英特爾也在積極布局2.5D/3D封裝領(lǐng)域，其封裝產(chǎn)品量產(chǎn)時間晚于臺積電，其2.5DEMIB技術(shù)可以對標臺積電的CoWoS技術(shù)，3DFoveros技術(shù)可以對標臺積電的InFO技術(shù)，根據(jù)英特爾目前的計劃，其封裝技術(shù)將用在自家系列的產(chǎn)品上，因此預計對于市場造成的沖擊影響較小。1)EMIB：2017年發(fā)布，全稱為EmbeddedMulti-DieInterconnectBridge，屬于2.5D技術(shù)（橫向），使用嵌入在封裝基板內(nèi)、用來連接裸晶的硅橋(SiliconBridge)，與

臺積電

CoWoS-L有異曲同工之妙，但臺積電使用的是扇出型晶圓級制程RDL(重布層)，而英特爾使用的是基板，EMIB的好處是提供高帶寬、低功耗的連接，壞處是不利裸晶多且互連要求高的產(chǎn)品，于2019年已經(jīng)開始量產(chǎn)，目前已出貨超過200萬個以EMIB封裝的芯片。2)Foveros：2018年推出，對標臺積電的InFO，屬于3D技術(shù)（縱向），最下邊是封裝基底，基底之上安放一個底層芯片(BottomChip)，起到主動中介層(ActiveInterposer)的作用，底層芯片之上就可以放置各種不同的芯片或模塊，兩者用面對面的方式連接(Face-to-Facebonding)，而在底層芯片里有TSV3D硅穿孔，負責連通上下的焊料凸起(SolderBump)，讓上層芯片和模塊與系統(tǒng)其他部分連通，最后再將底層芯片與基板連接，完成內(nèi)部封裝。3)ODI：2019年推出，全稱為Omni-DirectionalInterconnect技術(shù)，為封裝中小芯片之間的全方位互連，存在于基板與芯片之間，可以通過遠大于傳統(tǒng)封裝技術(shù)的密度來進行埋線和布置連接針腳，從而在保證芯片在供電時實現(xiàn)更高的互聯(lián)帶寬，藉由ODI，頂部的芯片可以像EMIB一樣，與其他小芯片進行水平通信，還可以像Foveros一樣，通過TSV與下方的底部裸片進行垂直通信，ODI有發(fā)展出兩種類型。ODI直接從封裝基板向頂部裸片供電，比傳統(tǒng)硅通孔更大、電阻更低。3.三星三星2.5D/3D技術(shù)發(fā)布時間晚于臺積電和英特爾，應(yīng)用產(chǎn)品仍較少。三星2019年成立SAFE專注于先進封裝技術(shù)開發(fā)，目前旗下有2.5D的I-cube對標臺積電CoWoS和英特爾EMIB、3DX-cube對標臺積電InFO和英特爾Foveros。自2016年被臺積電搶走蘋果處理器訂單后，三星開始在先進封裝領(lǐng)域大力布局，目前對應(yīng)的產(chǎn)品推出時間都晚于臺積電和英特爾，處于落后狀態(tài)，應(yīng)用產(chǎn)品仍少。但在3DIC方面，三星具有優(yōu)勢，因為三星同時擁有存儲器DRAM和處理器的制造技術(shù)，而臺積電并沒有先進DRAM技術(shù)，因此在3D異質(zhì)整合上三星或具優(yōu)勢。1)I-Cube：2018年推出，全稱為Interposer-Cube，屬于2.5D封裝技術(shù)，對標臺積電CoWoS和英特爾

EMIB，有需要基板的硅中介層、及使用扇出型晶圓級做重布線層兩種方案，分別可以對應(yīng)CoWoS-S和CoWoS-R，目前量產(chǎn)較少，百度

AI昆侖芯片即是采用I-Cube封裝代表產(chǎn)品。2)X-Cube：2020年推出，全稱為eXtended-Cube，屬于3D封裝技術(shù)，對標臺積電

InFO和英特爾

Foveros，應(yīng)用TSV硅穿孔實現(xiàn)堆疊，目前能夠做到將SRAM層堆疊在邏輯層之上，制程為EUV工藝，X-Cube已經(jīng)在自家的7nm和5nm制程上面通過了驗證。4.日月光日月光2.5D封裝技術(shù)先驅(qū)，3DIC封裝持續(xù)開發(fā)測試階段。日月光為全球最大封測廠，技術(shù)最領(lǐng)先及產(chǎn)品面最廣，為2.5D/3D封裝技術(shù)先驅(qū)之一，研發(fā)時間超過十多年，推出了世界上第一個配備高帶寬存儲器（HBM）的2.5DIC封裝的批量生產(chǎn)。目前公司2.5D封裝實現(xiàn)方式為TSV中介層連接以及用扇出型晶圓級封裝的重布線連接，2.5D技術(shù)基本上與臺積電

CoWoS、英特爾

EMIB、三星I-Cube為同一層級技術(shù)實現(xiàn)。3D封裝主要透過扇出型封裝堆疊完成，對標臺積電InFO-PoP。日月光2015年就開始量產(chǎn)2.5D封裝，超威、輝達等均為第一批客戶，目前正在積極開發(fā)3DIC堆疊技術(shù)，日月光為OSAT中技術(shù)最頂尖的廠商之一。5.

長電科技長電與日月光實力相近，封裝可區(qū)分三大類。長電科技的2.5D/3D封裝可以依結(jié)構(gòu)分為三大類，封裝等級、晶圓級等級、硅互連等級。封裝等級為需要基板和引線框架的封裝，系列包含堆疊芯片封裝StackedDie(SD)、層疊封裝PoP、封裝內(nèi)封裝PiP；晶圓級等級為晶圓級封裝，運用RDL重布線進行互連；但硅互連尚未實現(xiàn)。長電持續(xù)朝向類似臺積電SoIC的3DIC發(fā)展，不需中介層也不需載版。長電科技的所提供的技術(shù)與日月光相近。OSAT在2.5D/3D封裝優(yōu)勢不大，但仍具發(fā)展空間。從上面的技術(shù)實現(xiàn)來看，2.5D/3D封裝晶圓制造廠領(lǐng)先，封測廠優(yōu)勢不大，前段涉及晶圓制造部分封測廠無法完成，中后段面臨晶圓代工廠與IDM的壓力。但臺積電、英特爾、三星目前的發(fā)展定位均聚焦于自身客戶的產(chǎn)品封裝，因此封測廠在規(guī)模日益增加的2.5D/3D封裝市場仍是有巨大發(fā)展空間，國內(nèi)廠商目前2.5D/3D封裝仍有待精進，最具代表性廠商的為長電科技。國內(nèi)先進封裝：長電科技為首，逐步走向市場前沿市場規(guī)模：2020年規(guī)模超900億元，國產(chǎn)替代加速全球前十大芯片買家中，國內(nèi)廠商占五席，未來將帶動先進封裝產(chǎn)能向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。根據(jù)集微咨詢統(tǒng)計，2020年中國先進封裝營收規(guī)模903億元，占整體封裝營收比重36%。根據(jù)Yole統(tǒng)計，2020年全球先進封裝市場規(guī)模304億美元，占整體封裝比重45%，中國與全球水平仍存在一定差距。根據(jù)Gartner，2021年全球芯片十大買家里，中國企業(yè)占5家，包括聯(lián)想、步步高、小米、華為、鴻海，合計占全球總購買量的15.4%，金額高達901億美元。我們認為，國內(nèi)終端廠商芯片需求量大，未來仍有望持續(xù)增長；在國內(nèi)芯片設(shè)計、產(chǎn)能、制造工藝逐漸成熟的趨勢下，先進封裝有望緊跟國產(chǎn)替代浪潮，市場潛力巨大。重點公司：聚焦四大封測廠商，龍頭長電科技技術(shù)領(lǐng)先對標行業(yè)龍頭，國內(nèi)四大封測廠后發(fā)優(yōu)勢顯著。近年來，國內(nèi)封測企業(yè)通過外延式擴張獲得了良好的產(chǎn)業(yè)競爭力，大陸封裝企業(yè)依托下游市場的帶動，在營收增速方面顯著優(yōu)于海內(nèi)外同類企業(yè)。從毛利率水平看，由于封測行業(yè)技術(shù)水平演進不顯著影響毛利率，因此封測行業(yè)龍頭企業(yè)的毛利率穩(wěn)定在16%左右，與毛利水平分化明顯的晶圓代工業(yè)相比，技術(shù)不是絕對壁壘，后發(fā)企業(yè)同樣有機會分享蛋糕。長電科技、通富微電、華天科技前三家國內(nèi)頭部封測廠毛利率水平都比較穩(wěn)定。長電科技隨著客戶關(guān)系的穩(wěn)定、經(jīng)營的持續(xù)優(yōu)化，毛利率水平逐步回升，2020/2021/22Q1分別為15.5%、18.4%、18.9%，目前毛利率已提升至國內(nèi)三大封測廠首位。晶方科技作為國內(nèi)細分領(lǐng)域封測廠商代表，雖然營收體量低于三大封測廠，但增速較快，得益于在CMOS影像傳感器晶圓級封裝的優(yōu)勢，毛利率水平約50%，遠高于行業(yè)平均水準。1.

長電科技先進技術(shù)覆蓋廣，與中芯國際關(guān)系緊密，為國內(nèi)先進封裝領(lǐng)先廠商。國內(nèi)第一大和全球第三大的封測廠，2021年公司先進封裝產(chǎn)品銷量占比44%，營收占比超60%，公司預計營收占比將持續(xù)提升。公司先進封裝技術(shù)包括FC、TSV、SiP、2.5D/3D、晶圓級等產(chǎn)品，為國內(nèi)先進封裝最突出的廠商，產(chǎn)品聚焦5G通信類、高性能計算、消費類、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子和工業(yè)等重要領(lǐng)域。長電科技在SiP方面大力布局，旗下多個廠均有相關(guān)業(yè)務(wù)，2.5D/3D封裝亦為世界一流的水準，產(chǎn)品覆蓋與日月光旗鼓相當。2022年公司推動技術(shù)開發(fā)5年規(guī)劃，面向5G/6G射頻高密度，超大規(guī)模高密度QFN封裝，2.5D/3Dchiplet,高密度多疊加存儲技術(shù)等先進技術(shù)開展前瞻性研發(fā)，公司計劃2022年Capex為60億元，其中70%投資先進封裝，并重點聚焦5G、汽車電子、大數(shù)據(jù)存儲等熱門封裝領(lǐng)域。此外，長電科技與中芯國際合作緊密，中芯國際為長電科技股東之一，在需要前道工藝輔助的2.5D/3D封裝技術(shù)，雙方有望在半導體產(chǎn)品的制造和封測環(huán)節(jié)協(xié)同合作，增強長電科技較其他OSAT廠的差異化競爭優(yōu)勢，進而提升其市場地位，我們持續(xù)看好長電科技在國內(nèi)先進封測的領(lǐng)先優(yōu)勢。2.

通富微電通富微電以CPU、GPU高端封測為主，倒裝封裝為主要應(yīng)用技術(shù)。通富微電是國內(nèi)第二大和全球第五大的封測廠，公司的六大生產(chǎn)基地有四個面向先進封裝，目前先進封裝營收占比已超70%。通富微電的封裝主要應(yīng)用于CPU/GPU，2015年并購AMD蘇州和濱城封測廠獲得高腳數(shù)FC(倒裝)技術(shù)，包括FCBGA、FCPGA、FCLGA、MCM，目前公司已具備Chiplet封裝的大規(guī)模生產(chǎn)能力，并能夠支持7/14/16納米節(jié)點，正向5nm進階，已實現(xiàn)5nm產(chǎn)品的工藝能力和認證。此外SiP方面公司也有布局，2018年，SiPNB-IoT制造的產(chǎn)品成功招標進入中國電信等運營商模組解決方案，公司2.5D封裝以扇出晶圓級封裝及倒裝芯片為主，國產(chǎn)化CPU已具備初段自主可控能力，通富微電CPU/GPU專用封測能力行業(yè)領(lǐng)先，有望優(yōu)先受益。3.

華天科技華天科技以傳統(tǒng)封裝為基，CIS封裝為突破口，進擊先進封裝。華天科技為國內(nèi)第三大，全球第六大的封測廠，公司技術(shù)包括DIP、SOT、QFP、QFN、BGA/LGA、FC、SiP、Fan-Out等低到高端系列。公司目前由傳統(tǒng)封裝貢獻大半營收，同時積極向先進封裝拓展。產(chǎn)線布局來看，旗下華天西安廠區(qū)以SiP封裝為主軸，華天昆山及華天南京聚焦其他先進封裝，包括2.5D/3D封裝、晶圓級封裝等。產(chǎn)能來看，華天科技2021年晶圓級電路封裝產(chǎn)量143.51萬片，發(fā)展空間仍大。公司于2021年1月非公開發(fā)行募集資金，計劃投入50億元進行