扁平无引脚封装产品市场现状分析及发展前景

扁平无引脚封装产品市场现状分析及发展前景集成电路封测概况从集成电路行业发展历史来看，早期的集成电路企业大多选择纵向一体化（IDM）的组织架构，即企业内部可完成设计、制造、封装和测试等所有集成电路生产环节。这样的组织架构使得IC企业具有技术转化效率高、新产品研制时间较短等优势，但同时也有资产投入重、资金需求量大、变通不畅等缺点。20世纪90年代，随着全球化进程加快、国际分工职能深化，以及集成电路制程难度的不断提高，集成电路产业链开始向专业化的分工方向发展，逐渐形成了独立的半导体设计企业、晶圆制造代工企业和封装测试企业。集成电路芯片对使用环境具有较高的要求，不能长时间裸露在外部环境中。空气中的杂质、腐蚀性气体甚至水蒸气都会腐蚀集成电路芯片上的精密蚀刻电路，导致性能下降或者失效。为了防止外部环境对芯片的损害，就必须用特定工艺将集成电路芯片包裹起来。集成电路封装，就是用特定材料、工艺技术对芯片进行安放、固定、密封，保护芯片性能，并将芯片上的接点连接到封装外壳上，实现芯片内部功能的外部延伸。集成电路芯片封装完成后，需要进行性能测试，以确保封装的芯片符合性能要求。通常认为，集成电路封装主要有电气特性的保持、芯片保护、应力缓和及尺寸调整配合四大功能。根据《中国半导体封装业的发展》，迄今为止全球集成电路封装技术一共经历了五个发展阶段。当前，全球封装行业的主流技术处于以CSP、BGA为主的第三阶段，并向以系统级封装（SiP）、倒装焊封装（FC）、芯片上制作凸点（Bumping）为代表的第四阶段和第五阶段封装技术迈进。先进封装延续摩尔定律，龙头厂商加快布局封装技术正不断从传统向先进封装演进。全球集成电路封装技术目前共经历五个发展阶段。结合行业内按照封装工艺分类的惯例，封装分为传统封装（第一阶段和第二阶段）及先进封装（第三至第五阶段）。根据技术路径与指标差异，先进封装可细分为中端先进封装（第三阶段中大部分）与高端先进封装（第三阶段中少部分以及第四至第五阶段）。传统封装与先进封装的主要区别包括键合方式由传统的引线键合发展为球状凸点焊接，封装元件概念演变为封装系统，封装对象由单芯片向多芯片发展，由平面封装向立体封装发展。先进封装技术提升芯片整体性能成为集成电路行业技术发展趋势。2015年后，集成电路制程发展进入瓶颈期，7nm、5nm、3nm制程的量产进度均落后于预期。随着台积电宣布2nm制程工艺实现突破，集成电路制程工艺已接近物理尺寸的极限，进一步突破难度较大，受成本大幅增长和技术壁垒等影响改进速度放缓。据ICInsights统计，28nm制程节点的芯片开发成本为5，130万美元，16nm节点的开发成本为1亿美元，7nm节点的开发成本需要2．97亿美元，5nm节点开发成本上升至5．4亿美元。先进封装市场增长显著，为全球封测市场贡献主要增量。随着电子产品进一步朝向小型化与多功能发展，芯片尺寸越来越小，芯片种类越来越多，其中输出入脚数大幅增加，使得3D封装、扇形封装（FOWLP/PLP）、微间距焊线技术以及系统封装（SiP）等技术的发展成为延续摩尔定律的最佳选择之一，先进封装技术在整个封装市场的占比正在逐步提升。据Yole数据，2020年先进封装全球市场规模为304亿美元，占比为45%；预计2026年市场规模增至475亿美元，占比达50%，2020-2026ECAGR约为7．7%，优于整体封装市场和传统封装市场成长性。半导体厂商扩大资本支出，强力布局先进封装。据Yole数据，2021年半导体厂商在先进封装领域的资本支出约为119亿美元，英特尔、台积电、日月光、三星等分别投入35、30、20、15亿美元。未来，随着HPC、汽车电子、5G等领域的先进封装需求增加，将带动先进封测需求，提前布局厂商有望率先受益。中国大陆封测市场目前主要以传统封装业务为主，随着国内领先厂商不断通过海内外并购及研发投入，先进封装业务快速发展。经过多年的技术创新和市场积累，内资企业产品已由DIP、SOP、SOT、QFP等产品向QFN/DFN、BGA、CSP、FC、TSV、LGA、WLP等技术更先进的产品发展，并且在WLCSP、FC、BGA和TSV等技术上取得较为明显的突破，产量与规模不断提升，逐步缩小与外资厂商之间的技术差距，极大地带动我国封装测试行业的发展。据Frost&Sullivan预测，2020年中国大陆先进封装市场规模达到351．3亿元，2025年将增长至1，136．6亿元，2020-2025ECAGR为26．47%。据相关研究机构预测，中国先进封装产值占全球比重有望进一步提高，预计2022年将达到16．6%。技术发展由于我国集成电路封测企业进入行业时间较早、技术研发持续性较好、内资龙头企业对国外优质标的进行收购等原因，目前我国集成电路封测领域已经处于世界第一梯队。我国集成电路封测业市场规模稳居世界第一，其技术已经达到世界先进水平。配合我国在生产成本与市场方面的优势，全球集成电路封测业成为全球集成电路产业中最先向我国进行转移的环节。（一）面向传统集成电路封测技术技术具有不可替代性，其基本特点是重人力成本、轻资本。在一定时间内，传统集成电路封测技术将与先进集成电路封测技术并行发展。在新款芯片对传统集成电路封测工艺提出新需求的同时，继续优化传统集成电路封测技术依然受到主流集成电路封测企业的重视。现今，包括中小集成电路封测企业在内的我国集成电路封测企业已经全面掌握传统集成电路封测技术。成本、工艺技术差异化、产品的一致性与稳定性是企业形成市场竞争力的关键。（二）面向先进集成电路封测技术在芯片小型化、高集成化的发展趋势下，先进集成电路封测技术是全球集成电路封测业竞逐的焦点，也带动我国集成电路封测业从量的增长到质的突破转变。由于摩尔定律的发展逐步放缓，未来半导体硬件突破将更加依赖于先进集成电路封测技术，且先进集成电路封测技术具有不受制于晶体管微缩技术节点、灵活性好、研发投入和设备投入成本较小等特点。我国集成电路封测业应从利润附加值低的集成电路封测业务向利润附加值高的高端集成电路封测业务转化，以资本支出取代人力成本作为新的行业推动力。发展先进集成电路封测技术将是解决各种性能需求和复杂异构集成需求等方面问题的不二之选。我国先进集成电路封测技术由长电科技、通富微电、华天科技、晶方科技等企业掌握。这些企业集成电路封装形式覆盖SiP、SoC、2．5D/3D等，集成电路封测技术囊括WLP（包括Fan-In和Fan-Out）、TSV、Bumping、FlipChip、BGA等。伴随我国集成电路封测技术的发展，先进集成电路封测技术应用比例不断提高，整体集成电路封测业约33%产值来自采用先进集成电路封测技术的产品。对于龙头企业，先进集成电路封测技术为企业贡献的产值在整个企业产值的占比接近50%。长电科技通过海外并购，增强了Fan-Out、SiP等集成电路封测技术能力，迎合了5G芯片对于系统集成、天线集成技术的需求，并在集成电路封测业进行布局，提升了行业竞争力，实现销售额的持续增长，巩固了行业地位。通富微电大力布局先进集成电路封装技术，发展苏通园区工厂的高端芯片产品封测业务，已具备封装AMD7nm芯片产品的能力，实现高端市场份额的有效提升。华天科技不断布局CIS、存储、射频、汽车电子等上游领域集成电路封测技术，其产品在5G应用市场、新能源汽车等领域得到了广泛应用。我国集成电路封测产业状况同全球集成电路封测行业相比，我国封测行业增速较快。根据中国半导体行业协会统计数据，2009年至2020年，我国封测行业年均复合增长率为15．83%。同集成电路设计和制造相比，我国集成电路封测行业已在国际市场具备了较强的竞争力。2020年全球前10名封测龙头企业中，中国大陆地区已有3家企业上榜，并能够和日月光、安靠科技等国际封测企业同台竞争。随着我国集成电路国产化进程的加深、下游应用领域的蓬勃发展以及国内封测龙头企业工艺技术的不断进步，国内封测行业市场空间将进一步扩大。Chiplet方兴未艾，先进封测持续创新Chiplet是依托高级封装技术实现芯片性能提升、成本可控的高效架构设计模式。目前主流系统级SoC方案是在单芯片（monolithic）方案集成具有特定功能的IP核，Chiplet方案在设计上延续SoC的异构集成概念，融合空间维度以合适的工艺节点将IP核切分为可模块化组装的小裸片（die），并通过先进封装技术（比如3D堆叠、扇形封装、微间距焊线技术等）实现系统级封装。Chiplet方案可以自由选择不同分区的工艺节点。主流SoC单晶片系统中，不同功能和类型的电路单元只能采用同一种工艺节点，然而不同芯片的工艺需求不同，如逻辑芯片、模拟芯片、射频芯片、存储器等往往成熟制程节点是不同的，模拟芯片如果采用高级制程可能会导致漏电、噪声等问题。Chiplet模式下不同功能裸片，可自由选择性价比更高的制程方案，并通过先进封装来进行组装，相比传统SoC方案更具灵活性。Chiplet设计有利于提高良品率，解决晶体管微缩工艺接近极限和制造费用高企的问题。由于光掩模尺寸限制，传统复杂SoC已接近硅单芯片的物理极限，同时先进制程由缺陷密度带来的良率损失会增加，从而导致SoC芯片流片费用居高不下。根据WikiChip测算，缺陷密度一定时，小面积裸片良品率相对提升明显，证明Chiplet方案将大裸片切成小裸片是提升单个晶圆良率的有效途径。AMD于ISSCC2020重点展示的Gen2EPYC处理器采用Chiplet方案，使用14nm成熟制程的I/O模块节省固定成本，且相比SoC单芯片方案，内核数越大，芯片复杂程度越高，Chiplet方案成本优势越明显。相比传统SoC芯片，Chiplet方案进一步化繁就简，强化IP可复用性，有助于降低设计成本和产品开发周期。本质来说，Chiplet是一种硅片级别的IP复用，IP核小芯片化后等同于经过设计和制程优化后生产出的硬件化产品，避免SoC方案形成系统级芯片后的软硬件协同验证、后端设计、流片制造、封装测试等必要流程，有效减少设计、验证和生产环节的开发风险和成本。同时Chiplet模式下可对芯片的不同单元进行选择性迭代，迭代部分裸芯片后便可制作出下一代产品，大幅缩短产品上市周期。Chiplet方案在架构设计和封装技术环节上均已具备成熟的技术支撑，是在摩尔定律趋缓背景下的半导体工艺发展方向之一。1）AMD、Intel相继推出基于Chiplet方案的第四代高性能服务器CPU，代表主流厂商在大型系统级芯片的多层布局布线、裸片互联结构等复杂设计问题上实现突破。2）多芯片封装解决方案发展始于1980s，近年SIP、EMIB、3D-IC、异质集成等多芯片封装技术的相继突破，为Chiplet方案从技术构想走入现实奠定基础。产业链转移释放红利，国内封测迎发展良机封测是集成电路产业的后序工艺，已发展成为独立子行业。集成电路产业链包括芯片设计、制造、封装和测试，随着半导体技术日益成熟，各个环节目前已分别发展成独立成熟的子行业。按照芯片产品的生产过程，集成电路设计是集成电路行业的上游，集成电路设计企业提供的产品方案，通过代工方式由晶圆代工厂商、封装厂商和测试厂商完成芯片的制造、封装和测试环节，将芯片成品作为元器件销售给电子设备制造厂商。根据中国半导体行业协会数据，2021年中国封测业占集成电路产业结构的26．4%。集成电路封装使用特定材料和技术工艺保护芯片性能。集成电路芯片对使用环境具有较高的要求，空气中的杂质、腐蚀性气体甚至水蒸气都会腐蚀集成电路芯片上的精密蚀刻电路，导致芯片性能下降或失效。封装环节使用特定工艺将集成电路芯片包裹起来，防止外部环境对芯片造成损害，并将芯片上的接点连接到封装外壳上，实现芯片内部功能的外部延伸。集成电路测试在集成电路产业链中起重要作用。集成电路产品开发是否成功、产品生产是否合格、产品应用是否优良均需要验证与测试。测试环节可以确保芯片良率、减少封装成本，测试数据可以用于指导芯片设计和封装环节的工艺改进。按测试内容分类，集成电路测试可分为参数测试和功能测试。半导体产业链正向中国大陆迁移，亚太地区封测新产能不断扩张。20世纪70年代半导体产业在美国形成规模，美国一直保持着全球半导体产业第一的地位，而后重心向日本迁移；20世纪90年代到21世纪初，半导体产业重心向中国台湾和韩国迁移。目前全球正经历半导体产业链重心转移至中国大陆的第三次迁移，为我国集成电路实现提供良好机遇。全球封测龙头厂商相继接力扩产，秉持生产基地秉承靠近客户原则，新建扩产项目主要集中在亚洲地区。大陆封测市场规模持续向上突破，已成为我国半导体领域的强势产业。随着我国集成电路国产化进程的加深、下游应用领域的蓬勃发展以及国内封测龙头企业工艺技术的不断进步，国内封测行业市场空间将进一步扩大。根据Frost&Sullivan数据，中国大陆封测市场2021-2025ECAGR约为7．50%，2025年市场规模有望达到3，551．90亿元，占全球封测市场约为75．61