文章核心观点 - 芯片行业进入后摩尔时代，先进封装成为提升性能、突破存储墙、面积墙、功耗墙和功能墙等瓶颈的主要技术路径 [6] - 中国大陆在半导体封装及封装设备领域已具备较强国际竞争力，但在EDA、IP核、部分材料和设备领域存在明显短板，发展先进封装是利用现有优势弥补其他环节劣势、实现产业突破的关键 [6][31] - Chiplet、2.5D/3D等先进封装技术通过异构集成，可在不依赖最先进制程工艺的情况下提升芯片整体性能与集成度，是中国半导体产业实现弯道超车的重要机遇 [6][51] - 先进封装市场正稳步增长，预计2019年至2029年复合年增长率（CAGR）达8.9%，其占整个封装行业的比例将从45.6%提升至50.9% [19] - 政策层面高度重视，国家集成电路产业投资基金三期注册资本达3440亿元人民币，超过前两期总和，并有一系列税收优惠、研发支持等政策密集出台，大力扶持先进封装产业发展 [30] 半导体先进封装基本概念与分类 - 半导体封装的核心功能是为芯片提供机械保护、电气连接、散热和机械连接 [7] - 封装需解决小型化、保护性、散热、降低功耗、降低成本、提高连接密度及传输速率等核心问题 [8] - 先进封装与传统封装的核心区别在于：传统封装主要为保护芯片和提供连接，而先进封装旨在通过更高效、紧凑、灵活的方式连接芯片及内部各部分，从而系统性提升整体芯片性能和功能 [9] - 先进封装的关键技术要素包括：凸块（Bump）、重布线层（RDL）、晶圆级封装（Wafer）和硅通孔（TSV） [6][38][43] - 封装工艺主要步骤包括：背面研磨、切割、单芯片键合、引线键合、倒装芯片键合、塑封等 [11][15] 市场规模与行业趋势 - 全球先进封装市场规模稳步增长，预计从2019年到2029年，其市场规模占比将从45.6%攀升至50.9%，超越传统封装占据主导地位 [19] - 从单元数量看，传统封装仍占主流；从晶圆消耗量看，传统封装消耗更多，但先进封装的晶圆消耗占比在逐步提升 [19] - 在不同封装平台中，嵌入式芯片（ED）和2.5D/3D封装预计将是增长最快的领域，市场份额趋势与异构集成趋势一致 [19] - Chiplet市场预期增长迅速，2024至2027年CAGR预期可达36% [54] 产业链与竞争格局 - 半导体封装产业链上游为封装材料与设备，中游为集成电路封装与测试，下游为移动设备、高性能计算、人工智能、汽车电子等应用终端 [24] - 在高端先进封装技术领域，台积电、三星和英特尔是主要竞争者；日月光、Amkor等顶级外包封装测试厂商（OSAT）正尝试进入高端市场 [27] - 在2.5D硅中介层封装领域，OSAT、IDM与晶圆代工厂之间多为互补合作，仅台积电一家同时提供硅中介层制造和后端封装服务 [27] - 在中低端先进封装领域，OSAT是主要参与者 [27] - 中国大陆在封装及封装设备领域已具备较强国际竞争力，但在EDA、IP核、部分半导体材料和设备（如EUV扫描仪、ArF浸没式扫描仪等）领域竞争力微弱，存在卡脖子问题 [31][35] 技术发展路径与核心思路 - 半导体封装发展经历了通孔插装、表面贴装（周边引脚）、表面贴装（阵列引脚）、3D集成等阶段 [36][39] - 先进封装发展的核心思路包括：提升电气性能、提高集成度与小型化、降低成本、增强可靠性与散热性、适应新兴应用需求 [36] - 具体封装技术发展路径包括：从引线键合到倒装芯片封装，再到晶圆级封装（WLP，含扇入式FIWLP和扇出式FOWLP），并进一步向2.5D、3D及Chiplet封装演进 [45][48][51] - 2.5D封装典型代表有台积电的CoWoS和英特尔的EMIB；3D封装通过TSV技术实现芯片垂直堆叠，降低延迟，提升性能 [48] - Chiplet技术可将制造环节的难度和成本转移至封装环节，例如AMD的MI300采用Chiplet方案，容纳1460亿晶体管，性能达英伟达H100（800亿晶体管）的3倍 [51] 后摩尔时代的突破与价值 - 后摩尔时代，依靠缩小晶体管尺寸提升性能的模式遇到物理和经济瓶颈，先进封装成为重要突破方向 [58] - 先进封装助力破解四大瓶颈： - 存储墙：通过2.5D/3D封装制备HBM，并将计算单元与内存靠近放置（如CoWoS、EMIB），大幅提升内存带宽，解决内存发展速度慢于处理器的问题 [60] - 面积墙：当前极紫外光刻机曝光场尺寸限制芯片单颗面积（约858mm²），通过Chiplet、2.5D/3D封装可实现多芯片集成，突破单芯片面积限制。芯片面积从213mm²增至777mm²时，良率从59%降至26% [65] - 功耗墙：通过异构集成优化整体功耗，缩短互连距离降低功耗，并采用先进散热解决方案（如导热界面材料） [67] - 功能墙：通过系统级封装（SiP）技术，将数字、模拟、传感器、存储芯片及无源器件等集成在一个封装内，形成完整系统模块 [67] 重点关注的设备细分领域 - 半导体检测、量测设备：先进封装工艺复杂、精度要求高，检测量测是保障良率和性能的关键。工艺节点每缩减一代，致命缺陷数量增加50%。2023年该设备国产化率仅为5.5%，国产厂商市场份额有望提升 [71] - 固晶机设备：承担将芯片精准贴装到基板的重任，是影响封装良率、效率和性能的关键设备。IC固晶机需求占比约45%，但IC和分立器件固晶机的国产化比例均低于10%，增长空间大 [76] - 混合键合设备：通过直接铜对铜连接取代传统凸点，是下一代键合技术主力，可在1平方毫米内连接1万至10万个通孔，大幅提升连接密度和传输速度 [78][79] 重点关注的材料细分领域 - ABF载板：是先进封装中价值最大的基材，在高端封装中占材料成本70-80%，已成为FCBGA封装的标配。市场主要由中国台湾、日本、韩国和欧洲主导，大陆产业有望迎来发展期 [88] - 玻璃基板：作为芯片承载平台和互联介质，具有高精度、高性能、低成本潜力等优势。英特尔、三星、英伟达、台积电等大厂纷纷入局，以应对有机基板的能力极限 [91] - 电镀液：用于形成凸块下金属层、重布线层、硅通孔等。2023年全球电镀液市场规模10.5亿美元，其中封装用电镀液3.75亿美元。2022年国内厂商上海新阳和艾森股份市占率分别为3%和1%，国产化率不足5% [94] 未来发展展望 - 面板级封装（PLP）：使用大尺寸面板作为载体，相比晶圆级封装可显著降低成本。从300mm晶圆过渡到板级封装，预计能节约66%的成本 [100] - CPO光电共封装：将光学元件与芯片封装在同一集成电路内，具有更高带宽、更低延迟、更低功耗、更高集成度等优势，是未来硅光子技术的前哨站 [102] - 新型封装架构：如4D封装（多基板多维组装）和自适应封装（制造、架构、模块化可重构层面），旨在实现更灵活、高密度的系统集成 [107] - 极端环境封装：针对太赫兹高频、低温超导（如量子计算）等严苛条件，开发低损耗、高隔离的封装传输结构和超导互连技术 [110] - 前沿材料封装：探索使用石墨烯等二维材料增强散热，以及超导材料用于高性能、低损耗互连 [115] - 生物与神经形态封装：为可植入医疗电子（如脑机接口）和神经形态计算芯片提供生物相容性封装及超大规模三维互连 [117] 相关公司梳理 - 封测三巨头： - 长电科技：技术覆盖全面，拥有XDFOI（高密度扇出型）、2.5D/3D、系统级封装（SiP）、晶圆级封装及存储封装等核心技术，是国内AI算力芯片落地的关键一环 [122][123] - 通富微电：在Chiplet大规模量产、大尺寸高功耗FCBGA封装、2.5D/3D及混合键合领域具备领先优势，与AMD等国际客户深度绑定 [128][129] - 华天科技：技术平台覆盖全谱系，在TSV与传感器封装、面板级封装（FOPLP）、2.5D验证、车规级工艺等方面有明确成果和优势 [131][132] - 高成长新锐： - 甬矽电子：以中高端先进封装为主，已实现5纳米晶圆倒装等技术稳定量产，并正向Fan-out、2.5D/3D技术推进 [133][134] - 芯德科技（未上市）：专注于高端先进封装测试，具备LDFO量产、7层以上超高层有机中介层布线及玻璃基板互联等技术能力 [136] - 高毛利细分赛道： - 颀中科技：中国大陆第一、全球第三的显示驱动封测厂，专注于金凸块制造及COF/COG/COP等显示驱动芯片全制程封装 [141] - 汇成股份：专注于显示驱动芯片封装测试，具备小于10微米间距的金凸块制造能力和12英寸全制程服务，采用全程代工模式 [144] - 晶方科技：全球传感器领域领先的晶圆级芯片尺寸封装服务商，拥有12英寸车规级TSV量产线和光学+半导体异构集成能力 [147][148] - 独立第三方测试： - 伟测科技：提供一站式测试服务，在先进制程晶圆测试（CP）、复杂SoC测试、5G射频测试及探针卡自研方面具备优势 [151][152] - 华岭股份：具备极端环境高可靠性测试、超大规模芯片测试、芯片测试云平台及晶圆与成品全覆盖测试能力 [155][156] - 利扬芯片：具备3纳米、5纳米先进制程芯片测试能力，拥有大规模高端测试机台集群和多工位并行测试技术 [159][160]