先进封装设备行业市场分析

先进封装设备行业市场分析

一、先进封装市场空间广阔

先进封装：高效集成，降低成本

先进封装一般指将不同系统集成到同一封装内以实现更高效系统效

率的封装技术，是对应于先进晶圆制程而衍生出来的概念，换言之，

只要该封装技术能够实现芯片整体性能（包括传输速度、运算速度等）

的提升，就可以视为是先进封装。通过先进封装可以相对轻松地实

现芯片的高密度集成、体积的微型化和更低的成本。先进封装在提高

芯片集成度、缩短芯片距离、加快芯片间电气连接速度以及性能优

化的过程中扮演了更重要角色。正成为助力系统性能持续提升的重要

保障，并满足“轻、薄、短、小”和系统集成化的需求。摩尔定律的

延伸受到物理极限、巨额资金投入等多重压力，迫切需要别开蹊径推

动技术进步。据旧S统计，在达到28nm制程节点以后，如果继续

缩小制程节点，每百万门晶体管的制造成本不降反升。先进封装处

于晶圆制造（“前道”）和芯片封测（“后道”）之间，被称为“中道”，包

括重布线（RDL）、凸块制作（Bumping）及硅通孔（TSV）等工

艺技术，涉及与晶圆制造相似的光刻、显影、刻蚀、剥离等工序步骤。

先进封装下游应用场景催化

随着5G、物联网、高性能运算、智能驾驶、AR/VR等前沿技术的飞

速发展，对高端芯片的需求呈现出持续增长的态势。这些高端芯片

的大量应用都依赖于先进封装技术，在此背景下先进封装的成长性显

著优于传统封装，先进封装在整个半导体封测市场中的比重将持续

上升。长远来看，随着终端应用的不断升级以及对芯片封装性能要

求的提升，先进封装在Al、HPC、数据中心、CIS、MEMS传感器等

领域也将迎来广阔的增量空间。

中国大陆厂商积极布局先进封装

2022年3月，由英特尔、AMD、台积电等国际厂商牵头的UCIe联

盟成立，其定义了封装内Chiplet之间的互连，以实现Chiplet在封

装级别的普遍互连和开放的Chiplet生态系统，目前已经有多家本土

厂商加入（如长电科技、芯原股份等），通过与国际先进厂商合作,

将有助于本土厂商技术提升和产品迭代。同时，华为等国内领先技术

公司也都在布局Chiplet先进封装技术。

二、先进封装的平台化技术

先进封装技术与产品发展相辅相成

先进封装的技术与产品设计是相辅相成的，通用型技术进步推动产品

发展。先进封装以缩小尺寸、系统性集成、提高I/O数量、提高散热

性能为发展主轴，可以包括单芯片和多芯片，倒装封装以及晶圆级封

装被广为使用，再搭配互连技术（TSV,Bump等）的技术能力提升,

进一步提升系统的集成度，内外部封装可以搭配组合成不同的高性能

封装产品。

先进封装重点技术-凸点（bumping）

Bumping工艺又称凸点工艺（倒装第二步），是WLP（晶圆级封装

工艺）过程的关键工序。晶圆凸点对于倒装芯片或板级半导体封装

至关重要。凸块是一种先进的晶圆级工艺技术，在将晶圆切割成单

个芯片之前，在晶圆上以整个晶圆的形式形成由焊料制成的“凸块”

或“球”。这些“凸块”可以由共晶、无铅、高铅材料或晶圆上的铜柱组

成，是将芯片和基板互连在一起形成单个封装的基本互连组件。这些

凸块不仅提供芯片和基板之间的连接路径，而且在倒装芯片封装的

电气、机械和热性能方面发挥着重要作用。

键合方式

芯片键合技术在半导体制造中占有重要的地位，它为组件间提供了

一个可靠的电气和机械连接，使得集成电路能够与其它系统部分进

行通信。键合形式主要分为引线键合和凸点键合，键合使用时间可

以分为永久键合和临时键合，从界面材料可分为带中间层的胶键合,

共晶键合，金属热压键，无中间层的熔融键合和阳极键合等。

先进封装重点技术-重布线层（RDL）

RDL（ReDistributionLayer）重布线层，起着XY平面电气延伸和互

联的作用。在芯片设计和制造时，lOPad一般分布在芯片的边沿或者

四周：lOpad是一个芯片管脚处理模块，即可以将芯片管脚的信号

经过处理送给芯片内部，又可以将芯片内部输出的信号经过处理送到

芯片管脚。这对于BondWire工艺来说很方便，但对于FlipChip就

比较困难了。因此，RDL就尤为关键：在晶元表面沉积金属层和相

应的介质层，并形成金属布线，对10端口进行重新布局，将其布局

到新的，占位更为宽松的区域，并形成面阵列排布。

先进封装重点技术-晶圆级封装（扇入扇出型封装）

扇出型（Fan-Out）封装，扇入型（Fan-In）封装。扇入型（Fan-In）

封装工艺流程大致描述为，整片晶圆芯片进行封装测试，之后再切割

成单颗芯片，封装尺寸与芯片尺寸大小相同。扇出型封装一般是指，

晶圆级/面板级封装情境下，封装面积与die不一样，且不需要基板的

封装，例如FOWLP/FOPLP,,随着I/O数量的增加，芯片尺寸无法

容纳所有I/O时，扇出型封装由此衍生而来。扇出型封装基于重组技

术，芯片被切割完毕后，将芯片重新嵌埋到重组载板（8寸，12寸

wafercarrier或者600mmX580mm等大尺寸面板），按照与扇入型

封装工艺类似的步骤进行封装测试，然后将重组载板切割为单颗芯

片，芯片外的区域为Fan-Out区域，允许将球放在芯片区域外。

扇入型封装和扇出型封装区别两者最大的差异为RDL布线，扇人和

扇出是指凸点Bump是否超出了裸片Die的面积在扇入型封装中，

RDL向内布线，而在扇出型封装中，RDL既可向内又可向外布线,

所以扇出型封装可以实现更多的l/Oo

三、典型先进封装产品

5D封装产品・・CoWoS

2.5DIC集成技术通过将逻辑计算（Logic）和

HBM（HighBandwidthMemory,高带宽内存芯片）安装在硅中介层上，

然后直接放置在封装基板上来集成逻辑计算和HBM芯片。

TSV/RDL中介层适用于极细间距、高I/O、高性能和高密度半导体IC

应用。

逻辑和HBM首先并排键合在硅中介层上，形成晶圆上芯片（CoW）,

在器件之间具有细间距和高密度互连布线。每个HBM均由带有微凸

块的DRAM和带有直通TSV的逻辑基座组成。硅通孔（TSV）是支持

2.5D和3D高级封装的功能。TSV是电气连接路径，是穿过硅晶圆

或芯片的短垂直柱，可实现更小的封装尺寸和更密集的互连，通过

缩短电气传输距离来提高电气性能，并实现HBM等产品中使用的多

个芯片的堆叠。最后，在封装基板上完成具有较大凸块的TSV中介

层的组装。

3D封装产品“HBM

HBM（高带宽内存）是一种具有极高带宽（数据传输速率）的DRAMo

连接存储器和处理器并交换信号的输入/输出电路（10：Input/Output）

称为总线。每秒通过该总线的数据信号数量称为带宽，带宽值越大，

数据处理速度越快。带宽由一根信号线的传输速度x总线数量决定。

HBM之所以能够实现高传输速度和大量总线，得益于其采用TSV

（硅通孔）和垂直存储器堆叠的高密度布线。与传统的引线键合连接

相比，它可以实现更高的布线密度和更短的布线距离，减少信号传

播延迟并实现更高的工作频率。此外，利用三维结构，在存储器芯

片下方放置并连接逻辑层，可以控制存储器操作并提高数据传输的

效率。HBM并不存在于单一封装中，而是以与主机处理器结合的多

芯片封装的形式存在。

四、先进封装设备梳理

封装设备增速上行，国产化率有望进一步提升

资本开支上行+先进封装，封装设备增速上行。SEMI预测2023年

半导体封装设备销售额预计下降31%至40亿美元，后续随着资

本开支和先进封装的推进，2024/2025封装设备销售额将增长

24%/20%,达到2025年的60亿美元。封装设备国产化率有待进一

步提升，先进封装是一大契机。据中国国际招标网数据统计，封测设

备国产化率整体上不超过5%,低于制程设备整体上10%-15%的国

产化率。随着先进封装的不断推进，将带动原本封装设备和新增前道

设备在封装环节的国产化推进。

新增中前道设备——光刻机

在先进封装中，光刻机主要应用于：倒装(FlipChip,FC)的凸块制

作、重分布层(RDL)、2.5D/3D封装的TSV、以及铜柱(CopperPillar)

等。与在前道制造中用于器件成型不同，在先进封装中主要用做金

属电极接触。此外，先进封装引入湿制程基本都会使用到光刻机。TSV

打孔实现堆叠芯片之间的垂直互联互通，钻孔就需要光刻与刻蚀的

配合完成；倒装Bump上，实现在芯片特定位置上电镀上凸点，也需

要光刻把bump球的位置打出来；在