半导体封装：先进封装大势所趋，国家战略助推成长 中投证券电子团队，行业趋势热点前瞻解析系列之十 2016年9月5日 中国中投证券有限责任公司研究总部 证券研究报告/行业研究 电子首席分析师： 参与人： 孙远峰(S0960516020001) 张 雷(S0960116060029) 张 磊(S0960116030023) 耿 琛(S0960115100022) 主要内容 1 •一代芯片，一代封装 2 •高度集成化，先进封装进入黄金发展期 3 •先进封装应用广泛，存储/射频/MEMS芯片需求齐发力 4 •推荐和产业链相关标的 中投电子孙远峰团队 一代芯片，一代封装 集成电路产业链 半导体封装 集成电路产业链 ● 封装是集成电路产业链必不可少的环节，位于整个产业链的下游环节。在整个产业链中，封装是指对通过测试的晶圆进行划片、装片、键合、塑封、电镀、切筋成型等一系列加工工序而得到的具有一定功能的集成电路产品的过程。 ● 封装就是给芯片穿上“衣服”，保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增强芯片的散热性能，标准规格化以及便于将芯片的I/O端口连接到部件级（系统级）的印制电路板（PCB）、玻璃基板等，以实现电气连接，确保电路正常工作。 ● 封装技术的好坏直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB的设计和制造，衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，比值越接近1越好。 背面减薄 晶圆切割 贴片 引线键合 模塑 切筋/成型 IC设计 IC制造 IC封装 IC测试 IC组装 客户 资料来源：中投证券研究总部 中投电子孙远峰团队 半导体封装发展历程 半导体封装分类 资料来源：互联网整理 ● 在集成电路产业市场和技术的推动下，集成电路的封装也随之发展起来，特别是集成电路封装技术不断提高，封装技术大体经历了通孔插装时代、表面安装器件时代、面积阵列表面封装时代和高密度封装时代四个阶段。集成电路封装的发展也体现在材料、引脚形状和装配方式的进步。 ● 目前，全球集成电路封装技术的主流正处在第二、三阶段的表面封装时代，3D叠装、3DTSV等三维封装技术主要处于研发中。 具体类别 优点及应用 金属封装 价格低、性能优良、封装工艺容易灵活，被广泛应用于晶体管和混合集成电路如振荡器、放大器、鉴频器、交直流转换器、滤颇器、继电器等产品 陶瓷封装 低电阻率的布线导体材料，低介电常数，高导电率的绝缘材料 金属-陶瓷封装 高频特性好而噪音低而被用于微波功率器件，如微波毫米波二极管、微波低噪声三极管、微波毫米波功率三极管 塑料封装 成本低廉、工艺简单，并适于大批量生产，目前塑料封装在全世界范围内占集成电路市场的95％以上 按所用材料划分 按外形尺寸结构划分 引脚插入型 引脚在一端的封装 三极管封装和单列直插式封装 引脚在两端的封装 双列直插式封装（DIP），Z形双列直插式封装（ZIP）和收缩型双列直插式封装（SKDIP） 引脚矩正封装 陈列引脚型和表面贴装型 表面贴装型 两边或四边引线贴装 小尺寸贴片封装（SOP）、四边引脚扁平封装（QFP）、带引脚塑料芯片封装（PLCC)、四侧无引脚扁平封装（QFN）等 面积阵列贴装 球形矩阵封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、晶圆级芯片封装 （WLP）、多芯片封装（MCP）等 高密度封装 3D堆叠、3D TSV（硅通孔）等 长引线直插 短引线贴装 无引线贴装 球状凸点 通孔插装 表面组装 直接安装 材料 引脚形状 装配方式 ● 半导体封装发展历程 金属材料 陶瓷材料 金属陶瓷材料 塑料材料 一代芯片，一代封装 中投电子孙远峰团队 1970s 1980s 1990s 2000s 通孔插装时代 表面安装器件时代 面积阵列表面封装时代 高密度封装时代 ● 以TO、DIP封装为代表 ● 技术特点：插孔安装在PCB上，引脚节距固定，引脚数增加伴随封装尺寸的增大 ● 安装密度：≤10引脚/cm2 ●优点：结实、可靠、散热好、布线和操作较为方便 ●以SOP、QFP封装为代表 ●技术特点：引线代替针脚，引线为翼形或J 形，封装体的尺寸固定而周边引脚节距根据需要变化 ● 安装密度：10-50引脚/cm2 ●优点：大大提高引脚数和组装密度 ●以BGA、CSP封装为代表 ●技术特点：焊球代替引线，按面积阵列 形式分布的表面贴装 ● 安装密度：40-60脚/cm2 ●优点：解决了多功能、高集成度、高速低功耗、多引线集成电路芯片的封装问题 ●以3D堆叠、3D TSV为代表 ●技术特点：在不改变封装体安装面积的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片 ● 超越了传统意义的安装密度 ●优点：降低能耗，提高集成度 TO DIP SOP QFP BGA CSP 3D堆叠 3D TSV 集成度、密度、性能 半导体封装发展历程 资料来源：互联网整理 一代芯片，一代封装 全球半导体封测市场概况 中投电子孙远峰团队 资料来源：中国台湾拓璞产业研究所 ● 2012-2016年全球半导体封测业市场的营收规模 一般测试业务主要集中在封装企业中，所以封装业与测试业通常统称为封装测试业。全球IDM本身承担的半导体封装测试产值受半导体产业景气度影响较大，而封装测试代工业呈现平稳增长的态势。 根据中国台湾拓璞产业研究所的估计，2015年全球半导体封装测试业的营业收入规模为508.7亿美元，比2014年减少3.1%。 根据Gartner的统计和预测，2015年全球半导体封装测试代工业的营业收入为283.12亿美元，较2014年增长6.1%。 近年来，受到移动智能终端基带芯片、应用处理器、无线通信芯片等产品的发展推动，对高端先进封装的市场需求水涨船高。其中，扇出型晶圆级先进封装（Fan-out WLP）最受青睐，据Tech Search预估， Fan-out WLP的市场规模将由2013年的3亿颗大幅增长至2018年的19亿颗，5年内增长6倍之多。 全球半导体封测市场概况 单位：亿美元 474 498 525 508.7 506.2 4.20% 5.10% 5.40% -3.10% -0.50% -4%-2%0%2%4%6%4404604805005205402012201320142015E2016F全球封测产值 YOY266.81 283.12 295.3 311.91 331.43 6.40% 6.10% 4.30% 5.60% 6.30% 0%1%2%3%4%5%6%7%05010015020025030035020142015201620172018营业收入 增长率 2014-2018年全球半导体封测代工业的营收规模 资料来源：Gartner 单位：亿美元 一代芯片，一代封装 中投电子孙远峰团队 ● 2011-2015年中国IC产业结构 我国半导体封测市场概况 近几年，我国封测业增速相对设计业和晶圆制造业增速缓慢，但封测业整体处于稳定增长阶段，2015年我国封装测试业占整个IC产业的比重为38.30%，继续在产业链结构中位居第一位 其中，我国集成电路封测业市场主要来源于计算机、通信和消费类电子产品常规需求，这三类产品合计占据我国集成电路封测市场的一半以上 受益于国家政策的强力支持和内需市场的快速拉动，我国集成电路封测业持续快速发展，在全球半导体封测业领域，仅次于中国台湾和日本，位列第三，据中国半导体行业协会发布的统计数据，2015年我国集成电路封测业的销售规模1384亿元，同比增长11.7%。 ● 2011-2015年我国半导体封测业的销售规模 资料来源：中国半导体封装测试产业调研报告 我国半导体封测市场概况 单位：亿元 -5%0%5%10%15%20%25%30%0200400600800100012001400160020112012201320142015封测业销售规模 增长率 资料来源：中国半导体封装测试产业调研报告 27.20% 28.80% 32.20% 34.70% 36.70% 22.30% 23.20% 24% 23.60% 25.00% 50.50% 48% 43.30% 41.70% 38.30% 0%20%40%60%80%100%120%20112012201320142015封装测试业 芯片制造业 IC设计业 一代芯片，一代封装 中投电子孙远峰团队 ● 2015年我国十大半导体封测企业排名 我国半导体封测企业概况 ● 2010-2014年我国集成电路封测企业的整体状况 资料来源：《中国半导体封装测试产业调研报告》 我国半导体封测企业概况 资料来源：中国半导体行业协会 排名 企业名称 2015年销售额 2014年销售额 15/14增长率 1 江苏新潮科技集团有限公司 92.2 69.1 33.40% 2 威讯联合半导体（北京）有限公司 62 63 -1.50% 3 南通华达微电子集团有限公司 56.4 52.1 8.30% 4 恩智浦半导体 54.2 53.9 0.60% 5 天水华天电子集团 47.8 40.3 18.60% 6 英特尔产品（成都）有限公司 40.5 42.6 -4.90% 7 海太半导体（无锡）有限公司 37.2 35.5 4.80% 8 上海凯虹科技有限公司 30.1 29.3 2.70% 9 安靠封装测试（上海）有限公司 29.5 32.6 -9.50% 10 晟碟半导体（上海）有限公司 27.6 27 2.20% 合计 477.5 445.4 7.20% 年份 企业数量（家） 从业人数（万人） 年生产能力（亿块） 年销售收入 2010年 79 8.57 687.9 670.45 2011年 79 9.45 735.4 648.61 2012年 81 9.53 856.3 805.68 2013年 83 10.59 984.7 1000.05 2014年 85 11.54 1149.8 1238.47 ● 2014年我国集成电路封测企业的地区分布 资料来源：《中国半导体封装测试调研报告》 48 13 10 10 4 长三角 环渤海 珠三角 中西部 其他地区 单位：家 根据中国半导体行业协会封装分会的《中国半导体封装测试产业调研报告（2014年度） 》，截至2014年年底，我国国内具有一定规模的集成电路封测企业共85家，呈逐年递增的趋势，主要集中于长三角、环渤海、珠三角等地带。 2015年国内十大封装测试企业销售收入合计为477.5亿元，比2014年的445.4亿元增长7.2%，有7家企业的销售额有不同程度的增长，只有三家企业出现销售额的略微下滑。 单位：亿元 一代芯片，一代封装 主要内容 1 •一代芯片，一代封装 2 •高度集成化，先进封装进入黄金发展期 3 •先进封装应用广泛，存储/射频/MEMS芯片需求齐发力 4 •推荐和产业链相关标的 中投电子孙远峰团队 高度集成化，先进封装进入黄金发展期 随着电子产品多功能化、高速化、大容量化、高密度化、轻量化、小型化的发展趋势，封装领域应运而生了许多先进的封装技术。 先进封装技术在封装外形上的表现为：多脚化、薄型化、引脚微细化、引脚形状多样化、凸点连接倒装芯片技术和多芯片三维封装技术。 先进封装技术的优势集中体现在：芯片面积小、厚度薄、散热性好、性能强、能降低封装成本。 主要的先进的封装技术：BGA（球栅阵列式）、CSP（芯片尺寸封装）、FC（倒装芯片技术）、WLP（晶圆级封装）、叠层封装技术、3D（三维）封装、MCM（多芯片组件）、SiP（系统级封装）。 Yol e数据，2014年全球先进封装营收为115亿美元，到2020年将增长至317亿美元；先进封装市场占比也将从38%增长至2