先进封装产业链深度报告（一）：先进封装向高集成高互联进军，封装基板国产化空间广阔

产业深度 产业研究中心 2023.10.29，01期 先进封装产业链深度报告（一）——先进封装向高集成高互联进军，封装基板国产化空间广阔 -【】 摘要： 先进封装迈向高引脚、高集成、高互联，倒装封装为主流路线。先进封装主要通过平面与空间上实现连接的密集化、堆叠的多样化和功能的系统化，核心技术集中于Bump、 RDL和TSV等。当前，倒装封装凭借成熟、完善的技术工艺平台，良好的电性能、热性能，有竞争力的成本优势，为先进封装的主要形式，占据70%以上市场，预计2027年仍保持66%市场份额。 封装基板为倒装封装核心材料，FCBGA为发展方向。封装基板在引线类基板中成本中达48%，倒装封装成本占比高达70-80%，其性能及成本直接影响到封测端。封装基板可 分为PBGA、WBCSP、FCCSP和FCBGA四大类，随着AI、5G、大数据等技术的蓬勃发展，对大尺寸CPU、GPU等器件的需求快速提升，大尺寸FCBGA成为先进封装实现国产替代的关键布局。目前，FCBGA产能主要集中在日本、中国台湾和韩国等地，中国大陆龙头企业已进入客户验证阶段。 封装基板市场广阔，高壁垒筑就稳定格局。受高算力、智能化场景开拓，集成电路封装基板已成为PCB行业增速最快子领域。2022年中国IC载板市场规模接近400亿元。封装基板壁垒极高，技术、验证、量产需一一打通，先发优势显著，市场格局十分稳定， CR10市占率近�年稳定在为83%。我国在2010年后才逐步进军封装基板，起步较晚，成功进入者少。目前，中国大陆封装基板企业主要为深南电路、珠海越亚、兴森科技等，2020年市占率合计约在3%，与国际龙头相比仍存在差距，未来成长空间可期。 封装基板产业链围绕树脂展开，核心材料国产化空间广阔。封装基板材料产业链同PCB 类似，包括CCL覆铜板、铜箔等，但对材料的性能提出更高要求。有机基板材料以ABF树脂、BT树脂、MIS基板为主。铜箔采用超低轮廓压延铜箔。光刻胶向高感光线路干膜光刻胶转移。有部分用陶瓷基板及有机基板。产业链核心材料日企占主要份额，日企扩产节奏缓慢，国产厂商有望实现进口替代。 风险提示：下游需求不及预期，技术进步不及预期，客户验证不及预期 作者：肖洁 电话：021-38674660 邮箱：xiaojie@gtjas.com 资格证书编号：S0880513080002 作者：鲍雁辛 电话：0755-23976830 邮箱：baoyanxin@gtjas.com 资格证书编号：S0880513070005 （感谢博士后工作站文越对本报告的贡献） 目录 1.先进封装向高集成、高互联迈进，倒装封装空间广阔3 1.1.封装——芯片到电子器件的桥梁3 1.2.先进封装平面与空间双集成，制程向前端芯片工艺靠近5 1.3.先进封装大势所趋，倒装封装占据主流8 2.封装基板为国产替代破局关键，FCBGA是大算力时代必争之地9 2.1.封装基板在封装材料中占比最高，倒装封装中占据关键地位9 2.2.FCBGA为大算力解决方案，大陆厂商着力突破11 2.3.封装基板市场广阔，预计2025年将达到412亿元12 3.封装基板台日韩占据主要市场，高壁垒筑就稳定格局14 3.1.封装基板市场三足鼎立，中国大陆企业加速国产化布局14 3.2.封装基板壁垒高企，国内厂商加速布局15 4.公司分析17 4.1.深南电路17 4.2.兴森科技18 5.风险提示20 1.先进封装向高集成、高互联迈进，倒装封装空间广阔 1.1.封装——芯片到电子器件的桥梁 狭义封装主要针对一级封装，封装材料向高标准演进。半导体封装是半导体制造工艺的后道工序，为芯片和印制线路板之间提供电互联、机械支撑、机械和环境保护及导热通道。广义的封装主要分为零级到四级封 装，零级封装指芯片上的互联，得到的是芯片，一级封装，即狭义上的封装，指将芯片固定在封装基板或引线框架上，将芯片的焊盘与封装基板或引线框架的内引脚互联从而进一步与外引脚连通，并对芯片与互联进行保护性包封。二级封装为板级封装，即得到印制线路板。三级/四级封装将得到一个完整的电子产品。当前，集成电路芯片朝着大尺寸、高集成度、小特征尺寸和高IO方向发展，因此对封装技术提出了更高要求，这与封装材料的性能提升及成本下降是离不开的。目前，封装材料正向着高导热、高机械强度、高粘结性、低吸水率和低应力方向发展，推动先进封装不断进步。 图1：先进封装主要针对0-1级封装 资料来源：《AReviewonLaserProcessinginElectronicandMEMSPackaging》 图2：封装材料产业链图谱 资料来源：公司招股说明书，国泰君安证券研究 封装技术经历第三次重大变革，迈向高引脚、高集成、高互联。封装技术最早起源于以双列直插封装DIP为主的直插型封装。20世纪80年代， 封装技术迎来第一次重大变革，顺应电子设备系统小型化和集成电路薄型化要求，由通孔插装进入到表面贴装时代，衍生出了SOP（SmallOut-linePacakage，小外形封装）、LCC（LeadlessChipCarrier，无引脚芯片载体）以及QFP（QuadFlatPackage，扁平方形封装）。封装技术的第二次重大变革发生在20世纪90年代前中期，以BGA（BallGridArrayPackage，球栅阵列封装）为代表的先进封装技术开始涌现，封装向高引脚数量、高集成迈进。20世纪90年代中期至2000年后，随着封装尺寸进一步缩小及工作频率增加，CSP（Chip-ScalePackage，芯片级封装）、WLP（Wafer-LevelPackage，晶圆级封装）、SIP（SystemIna3Package，系统级封装）、2.5D/3D封装开始涌现，由此进入先进封装时代。 图3：半导体封装技术发展历程 资料来源：新材料在线，国泰君安证券研究 图4：先进封装技术路线图 资料来源：Yole，国泰君安证券研究 1.2.先进封装平面与空间双集成，制程向前端芯片工艺靠近 先进封装与传统封装的主要区别在互联方式。一般而言，先进封装与传统封装的主要区别在于是否主要采用打线封装。传统封装工艺采用单科芯片通过焊线方式封装到基板或引线框架上。而先进封装形式更加多维： 如用倒装焊代替引线焊接，提高了互联密度及电性；用焊球阵列代替引线框架外引脚，提高了I/O数量、封装密度及电性能；晶圆级封装则用芯片工艺代替了传统封装工艺；芯片尺寸封装带来封装效率的持续提升；3D则使封装密度和性能进一步发展。 先进封装主要通过平面与空间上的革新实现连接的密集化、堆叠的多样化和功能的系统化。（1）平面上，以BumpI/OPitch（凸块间距）的缩小化和RDLL/S（Re-distributedLayer重布线层，线宽/间距）的精细化 为核心驱动，来实现高互联、低功耗、低单位面积成本的封装技术。例如：缩小hybridbond、bumpI/O、ballI/O的pitch（间距）和width（宽度），细化RDL的线和空间间距，以实现小型化、高功能。典型代表为BGA、Flipchip、晶圆级封装。（2）空间上，先进封装向三维发展，以高度集成化、高度功能化为目标，典型代表为2.5D/3D封装、SiP系统级封装、Chiplet等。例如，英特尔推出的Meteor、PonteVecchio系列，AMD推出的MI300X均应用了目前最先进的Chiplet技术。 图5：引线键合类BGA封装结构及所用材料图6：倒装BGA封装结构及所用材料 资料来源：CaryStubbles《DesignGuidelinesforCypressBallGridArray(BGA)PackagedDevices》，国泰君安证券研究 资料来源：CaryStubbles《DesignGuidelinesforCypressBallGridArray(BGA)PackagedDevices》，国泰君安证券研究 图7：Chiplet典型封装方式 资料来源：ASE，国泰君安证券研究 平面上革新的技术核心主要是Bump及RDL技术。Bump技术主要用于倒装焊、BGA中，是通过在晶圆或芯片表面焊接秋装或柱状金属凸点 来实现界面见的电气互联，核心在于UBM（凸点金属化）及凸点的制备。完成后，需要在底部填充树脂以分散应力，且可以保护芯片免受环境、机械震动、热疲劳等影响。采用倒装焊能够使互联路径更短、互联尺寸小、优良的散热性能，且封装的厚度更薄。RDL技术主要用于晶圆级封装中的扇出型（Fan-out）封装，通过聚合物（PI或PBO）实现重布线，连接芯片焊区及凸点，由于对芯片上的触点进行重新布局和导电，可以将芯片管脚引出到外部更宽松的区域，从而降低了封装难度，增加了I/O引脚数量。在加入有源/无源器件后，即变为系统级封装。WLCSP无需封装基板的倒装而直接实现芯片粘结，更加牢固，工艺更简单，甚至不需要底部填充，灵活性也更高，能够满足便携、高速的应用需求。 图8：扇入型（Fan-in）与扇出型（Fan-out）晶圆级封装形式对比 资料来源：矽品官网，国泰君安证券研究 图9：典型RDL+模塑铜柱凸点工艺流程 资料来源：SMT，国泰君安证券研究 空间上革新的技术核心为TSV硅通孔（ThroughSiliconVia）技术。TSV 本质是晶圆上的制程，技术通过在硅中介层或芯片中插入垂直的金属填充孔，能够短距离连接上下层芯片，大幅缩短互连线长度，减少信号传输延迟和损失，是2.5D/3D的核心技术。目前，CMOS图像传感器、MEMS微机电系统及HBM（宽带宽存春旗）是TSV3D技术的主要应用市场。 图10：2.5D/3D封装结构示意图图11：2.5D/3D封装示意图 资料来源：SemiconductorEngineering，国泰君安证券研究资料来源：Ansforce，国泰君安证券研究 图12：TSV技术工艺流程 资料来源：RFCharacterizationandAnalyticalModellingofThroughSiliconViasandCoplanarWaveguidesfor3DIntegration，国泰君安证券研究 1.3.先进封装大势所趋，倒装封装占据主流 先进封装市场渗透率增长迅速，当前倒装封装为先进封装主要形式。根据Yole最新数据，2022年先进封装市场为443亿美元，预计到2028年，市场规模有望提升至786亿美元，占整体封装市场58%，CAGR达到 10%。从先进封装细分市场看，当前倒装封装FC（Flipchip）占比最高，达到70%，主要由于该技术凭借成熟、完善的技术工艺平台，良好的电性能、热性能，有竞争力的成本优势，广泛应用于各类中高端半导体器件封装。在人工智能、5G通信和高性能计算等产业的推动下，高性能封装2.5D/3D、晶圆级Fan-out封装呈现迅速增长态势，CAGR预计分别达14%/11%。而倒装封装持续其主流状态，预计2027年市场占比仍高达 66% 图13：2028年先进封装市场占比预计将达到58% 资料来源：Yole 图14：2027年先进封装市场Flip-chip、25D/3D分别高达66%、23% 资料来源：Yole “弯道超车”+“广阔市场”双轮驱动中国大陆先进封装市场稳步扩张， 23-27�年CAGR预计达13.5%。2022年国内封装市场规模达2800亿 元，其中先进封装412亿元，先进封装渗透率仅约为15%。随着公司并购及产业链国产化，预计先进封装占比将大幅提升，至2027年，预计先进封装市场规模将达到3600亿元，渗透率突破18%。 图15：国内IC先进封装市场规模CAGR达13.5%，占比逐渐提升 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 20.00% 18.00% 16.00%14.00%12.00%10.00%8.00%6.00% 4.00% 2.00% 0.00% 202120222023E2024E20