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封装设备行业深度报告:国产封装设备发力勾勒三维集成电路新时代

时间: 2024-03-15 12:37:25 |   作者: 承载带封装之上带(盖带)

  封装测试为半导体产业核心环节之一,指将经过测试的晶圆加工成独立芯片的过 程,大致上可以分为封装与测试两个环节。封装是将半导体元件在基板上布局、固定及 连接,并用绝缘介质封装形成芯片的过程。封装步骤有效保证芯片的散热和电信 号传输性能;测试步骤对芯片的结构完整性及电气功能进行确认。

  全球集成电路封装技术共经历了五个发展阶段,不断朝小型化、I/O 数量增加、集 成化方向发展。早期三种传统封装方式包括通孔插转型封装(QFN、QFP)、表面 贴装型封装(SOP、SOT)、现阶段广泛采用的芯片级封装(CSP)和球栅阵列封装 (BGA)。包括倒装焊封装 (Flip Chip)、三维立体封装 (3D IC)、系统级封装 (SiP) 在内的第四/五代封装方式,被视为先进封装。

  作为从晶圆制造到成品芯片的关键环节,随着全球半导体产业的发展,封装测试 的市场规模逐步扩大。据 Yole 统计和预估:2019 年全球封装测试市场规模为 675 亿美元,2022 年达到 815 亿美元, 2026 年将上升至 961 亿美元;中国大陆的封 装测试市场由 2019 年的 2350 亿元,上升至 2022 年的 2996 亿元,在短暂调整之 后 2026 年有望达到 3248 亿元的规模。

  传统封装具有性能好价格低、通用性强、成本低等优点,大范围的应用于成熟制程芯片、 模拟芯片、功率器件等领域。受到半导体行业景气度下滑的影响,Yole 预计 2023 年传统封装市场规模将短暂回落至 414 亿美元。

  先进封装具备小型化、轻薄化、高密度、低功耗、功能融合等优点,市场规模快 速扩大。移动端芯片、人工智能芯片、服务器芯片等产品,高度依赖前道先进制 造和后道先进封装工艺,近年来其出货量的迅速增加;先进封装技术迭代较快, 2023 年市场规模有望达到 408 亿美元,在封测市场中的占比有望持续提升。

  全球维度,顶级规模封装测试企业为日月光(中国台湾),安靠(美国),长电科 技(中国大陆),通富微电(中国大陆),力成科技(中国台湾)。据 Yole 统计和预 估:先进封装在全球封装市场中的整体占比,2022 年约为 47%;中国大陆先进封 装起步较晚,2014 年先进封装占比 25%,这一比例 2024 年有望提升至 39%;2026 年全球先进封装市场规模有望首次超越传统封装。

  集成电路封装测试行业整于半导体产业链的中下游,是衔接前道晶圆制造与 成品芯片的关键环节。封装测试的上游包括封装测试设备,封装材料,EDA 软件, 与晶圆生产等环节;下游客户则主要为芯片设计企业。前道制造晶圆厂很少直接参与传统后道封装环节;但是随着先进封装技术的不断 推广,刻蚀、沉积、光刻、键合、清洗等工艺在先进封装环节得到普遍运用,逐 渐形成了中道工艺。中道工艺的精度低于同期的前道晶圆制造工艺,但明显高于 传统的后道封装;由于中道制程工艺原理与前道制程工艺存在大量相通之处,台 积电、三星、海力士等晶圆制造公司开始与下游封测厂商密切合作,深度介入先 进封装流程。部分前道设备公司开始积极布局中道先进封装设备。

  集成电路封装测试流程主要使用测试设备与封装设备。测试设备最重要的包含 ATE 测试机、探针台、分选机等,负责对成品芯片的电性等指 标进行全方位检查,并筛查出不合格的芯片。国内测试设备下游客户最重要的包含封测企业, 芯片 IDM 企业;2022 年国内测试机市场规模为 25.8 亿美元。在测试设备领域, 国内已经涌现出长川科技、华峰测控、武汉精鸿、精智达、联动科技、广立微等 优秀企业,模拟测试机已实现较高的国产化率;但高端测试设备市场仍然主要被 爱德万、泰瑞达等美日企业掌控。

  封装设备负责从裸晶圆到成品芯片的生产的全部过程。2022 年全球(传统)封装设备市 场规模为 57.8 亿美元,SEMI 预计 2023 年将回落至约 40 亿美元,2025 年有望回 升至 59.5 亿美元。相较于前道制造设备和测试设备,封装设备品类繁多,国外出 口限制措施较少,国内重视程度较弱,国产化水平较低。2021/2022 年中国大陆封 装用设备进口规模分别 216/153 亿元,存在比较大国产替代空间。

  传统封装设备的需求多自于封测企业的设备采购;故传统封装设备市场规模与封 测企业的的资本开支规模紧密关联。相较于前道制造设备与测试设备,传统封装 设备单价低、技术壁垒偏弱、市场化竞争较为充份,其市场规模随半导体景气周 期较大幅度波动,波动幅度明显大于前道设备与测试设备。

  与传统封装设备相比,先进封装设备单价更高,供应商多为半导体前道设备制造 商,客户包括涉足先进封装业务的晶圆厂(FAB)与原有的封装企业(OSAT)。 Yole 估计,2021 至 2023E,包括晶圆厂在内的前 9 大封装企业,其资本开支规模 合计约为 134/145/119 亿美元。2023 年全球先进封装领域合计资本开支为约 97 亿 美元,台积电(TSMC)英特尔(intel),三星(samsung)为投资主力。资本与实 力更为雄厚的晶圆厂大举投资先进封装领域,推动了封装设备整体的市场规模快 速增长。

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