先进封装工艺与设备研究：先进封装大势所趋，国产设备空间广阔

中泰证券研究所专业｜领先｜深度｜诚信 ｜证券研究报告｜ 先进封装大势所趋，国产设备空间广阔 ——先进封装工艺与设备研究 2022.8 中泰机械首席分析师：冯胜 执业证书编号：S0740519050004 Email：fengsheng@r.qlzq.com.cn 核心观点： 先进封装简介：方向明确，景气向上。 后摩尔时代的选择：受物理极限制约和成本巨额上升影响，行业进入“后摩尔时代”，行业从过去着力于晶圆制造技术节点的推进，逐渐转向封装技术的创新。先进封装技术不仅可以提升功能、提高产品价值，还能有效降低成本，成为延续摩尔定律的重要路径； 我国半导体产业突破封锁的重要方式：半导体是中国卡脖子问题，先进封装可在现有技术节点下， 进一步提升芯片性能，是国内半导体企业突破封锁的重要方式； 先进封装市场增速更为显著：根据Yole数据，2021年全球先进封装全球市场规模约350亿美元，预计到2025年先进封装的全球市场规模将达到420亿美元。2019-2025年全球先进封装市场的CAGR约8%。相比同期整体封装市场(CAGR=5%)和传统封装市场，先进封装市场增速高。 先进封装工艺与设备详解。 先进封装工艺：倒装焊(FlipChip)、晶圆级封装(WLP)、2.5D封装（Interposer）、3D封装 (TSV)、Chiplet等； 先进封装增加设备需求：①封装设备需求增加：例如研磨设备增加（晶圆需要做的更薄）、切割设备需求增加、固晶设备（DieBond要求更高）；②新设备需求：如凸块（bump）工艺涉及到曝光、回流焊等设备等。 受益标的：新益昌、光力科技、德龙激光等。 风险提示：先进封装行业发展不及预期；半导体行业景气度下降的风险；国内企业技术进步不及预期的风险；研报使用信息更新不及时的风险。 2 目录 一、先进封装简介：方向明确，景气向上二、先进封装工艺与设备详解 三、受益标的四、风险提示 3 封装是指将生产加工后的晶圆进行切割、焊线塑封，使电路与外部器件实现连接，并为半导体产品提供机械保护，使其免受物理、化学等环境因素损失的工艺。 半导体封装技术发展历程： 第一阶段（20世纪70年代之前）通孔插装时代：典型的封装形式包括最初的金属圆形(TO型)封装、双列直插封装(DIP)等； 第二阶段（20世纪80年代以后）表面贴装时代：从通孔插装型封装向表面贴装型封装的转变，从平面两边引线型封装向平面四边引线型封装发展; 第三阶段（20世纪90年代以后）面积阵列封装时代：从平面四边引线型向平面球栅阵列型封装发展，引线技术从金属引线向微型段焊球方向发展。 图表1：半导体封装技术演进路径 4 来源：Yole，中泰证券研究所 物理极限将制约芯片制程发展，摩尔定律成长速度放缓。 物理极限：半导体制造中，工艺制程持续微缩导致晶体管密度逼近极限，同时存在短道沟效应导致的漏电、发热和功耗严重问题； 成本：工艺节点较高时，每次提升都会带来成本的非线性增加。 图表2：晶体管密度逐步逼近极限图表3：制程节点与成本的关系 来源：Wikichip，中泰证券研究所来源：AMD，中泰证券研究所 5 先进封装应运而生：在“后摩尔时代”，行业从过去着力于晶圆制造技术节点的推进，逐渐转向封装技术的创新。先进封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值，还能有效降低成本，成为延续摩尔定律的重要路径。 先进封装定义：采用了先进的设计思路和先进的集成工艺，对芯片进行封装级重构，并且能有效提系统高功能密度的封装技术。现阶段先进封装主要是指倒装焊(FlipChip)、晶圆级封装(WLP)、2.5D封装（Interposer）、3D封装(TSV)等。 图表4：主流芯片制造公司制程发展路径 来源：Yole，中泰证券研究所6 先进封装优势：大幅节约成本、良率大幅提升、芯片集成度高 先进封装发展趋势：Bump越来越小、RDL越来越细、TSV越来越密、Wafer越来越大 图表5：先进封装四要素图表6：半导体封装技术演进路径 硅通孔技术 再布线技术 精密 来源：CEIA电子制造，Cadence，中泰证券研究所 7 先进封装是国内半导体产业突破封锁的重要方式：半导体是中国卡脖子问题，美国遏制中国发展先进技术的政策，长期不会改变。先进封装可在现有技术节点下，进一步提升芯片性能，是国内半导体企业突破封锁的重要方式。 图表7：美国对中国半导体限制相关新闻 来源：公开资料整理，中泰证券研究所8 美国对中芯片贸易政策日渐升级。 时间 美国对中国半导体限制措施 2017年1月 美国总统科学技术咨询委员会发布《确保美国半导体的领导地位》报告，将中国半导体发展列为威胁 2017年8月 美国针对半号体领域对中国重启301调查 2017年11月 美国外商投资委员会(CFIUS)阻挠中国半导体海外并购 2018年5月 1、美国五角大楼禁止美国军事基地使用华为和中兴的设备产品；2、美国众议院通过2019财年国防授权法案，禁止美国联邦政府机构使用华为和中兴的设备产品 2018年8月 特朗普签署2019财年国防授权法案，强化CFIUS审查海外投资能力，限制政府采购华为、中兴、海康等企业的设备产品 2018年12月 1、英国电信表示其5G网络建设将不再使用华为设备，并且移除4G网络中的华为设备2、加拿大当局称华为的CFO孟晚舟涉嫌违反美国对伊朗的贸易制裁禁令，于12月6日在加拿大被捕 2019年5月 1、禁令第一阶段：美国商务部工业和安全局（BIS）于2019年5月15日以国家安全为由，将华为与其70家附属公司列入出口管制“实体清单”；2、5月19日，谷歌准备停止华为手机的安卓系统更新；3、5月22日，22Arm停止与华为的合作 2019年8月 1、美国商务部在“实体清单”中新增46家华为的子公司；2、美国延长对华为的禁令90天至11月 2019年11月 美国联邦通信委员会禁止美国农村地区运营商使用通用服务基金购买华为设备，再次延长对华为的禁令90天至2020年2月 2019年12月 美国众议院通过两党安全与可信通信网络法案，禁止政府购买华为的设备产品 2020年2月 1、美国法院判决国会有权禁止联邦机构从华为购买产品；2、美国再次延长对华为的禁令45天；3、美国政府审议华为供货商的美国专利比例限制从25%降低至10%的提案 2020年3月 1、美国国家安全委员会、国务院、国防部、能源部和商务部等多个机构已商定同意采取新的措施，禁止台积电等企业向华为供应芯片和设备；2、美国再次延长对华为的禁令至4月22日 2020年3月 特朗普签署法案禁止美国农村电信运营商利用美国政府补贴购买华为和中兴的网络设备 2020年4月 美国禁制“军民两用”产品未经审查出口中国，以防中国获取半导体等技术 2020年5月 禁令第二阶段：美国商务部工业和安全局（BIS）于2020年5月15日宣布，基于保护美国的国家安全，将限制华为使用美国技术和软件在国外设计和制造其半导体的能力；美国再次延长对华为的禁令90天 图表8：美国对中国半导体政策限制 图表8：美国对中国半导体政策限制（续） 时间 美国对中国半导体限制措施 2020年6月 针对美国对于华为的出口禁令，台积电在16日投资者电话会议上，首度对外表示，5月15日已停止接受华为的新订单，除非美国核准，台积电预计在9月14日停止对华为出货 2020年7月 英国政府宣布将从2021年起禁止英国移动运营商购买新的华为产品，2027年前在英国网络中撤除所有华为产品 2020年8月 禁令第三阶段：伴随着华为的临时性通用许可证到期，美国商务部工业和安全局（BIS）宣布进一步限制华为进入美国技术领域，将华为另外的38家关联公司加入实体清单 2020年12月 美国商务部工业与安全局宣布，将中芯国际等多家技术公司列入美国出口管制的“实体清单” 2021年1月 发布《美国芯片法案》要求购买半导体制造设备与相关投资可获得税务减免，井要求联邦拨款100亿美元鼓励半导体美国制造。成立“国家半导体技术中心”，鼓励国防部、能源部扩大半导体投资。 2021年4月 美国将七家中国超级计算机公司列入实体清单 2021年5月 美国圹大投资黑名单，将中芯国际、华为等59家中企列入 2021年6月 美国商务部、能源部、国防部、卫生与公共服务部联合发布了《建立供给链弹性、振兴美国制造、促进广泛增长评估报告》(以下简称《供应链报告》)，指出美国半导体等四个关键领域的供应链存在漏洞和风险，例如美国半导体产业当前缺少晶圆生产厂，半导体材料依赖韩国和中国（含台湾）的进口等，明确提出会过500亿美元专项投资，为美国的半导体制造和研发提供专项资金。 2021年9月 以应对全球芯片危机为借口，向英特尔、三星、台积电等半导体企业强索客户信息、供货周期、芯片库存等核心商业数据。 2021年10月 美国参议院投票通过《安全设备法案》，加强对华为、中兴限制 2021年11月 晶盛机电海外收购案被意大利政府否决；英特尔成都厂扩产计划因美国政府反对而取消 2021年12月 美国禁止韩国存储芯片企业SK海力士在华工厂引进艾司摩尔EUV光刻机，因为此举会“助力中国军事现代化”；美国考虑进一步加强对中芯国际的设备出口禁令；美国商务部将中国的GPU龙头景嘉微、亚成微、爱信诺航芯、海康微影等34家实体加入实体清单；美国CFUS否决智路资本14亿美元收购美格纳；中国台湾将出台政策，限制半导体业务出售给大陆 2022年2月 美国众议院通过《2022年美国竞争法》，注资半导体产业520亿美元 2022年5月 美国晶片加工补助法案附加条件，限制受补助的美企前往中国投资；美商务部拟针对华虹半导体、长鑫存赌、长江存储等企业限制出口 2022年7月14日 美国游说荷兰禁止ASML向中国销售晶片制造设备；美国审查对中出口部份半导体政策，防止先进技术流出 2022年7月19日 美方推动“美国晶片法案”过关，规定晶片厂若获美补助十年内禁止扩大在中国投资 2022年7月28日 参众两院先后通过总规模2,800亿美元的《晶片与科学法案》 2022年7月29日 美日双方同意为次世代晶片设立国际半导体研究中心，建构安全晶片供应链 2022年7月30日 美方禁止美国业者出售14纳米以下的半导体设备对象甚至包括在中国投资的外企 2022年8月3日 美国准备对用于设计半导体的特定类型EDA软件实施新的出口限制，以减缓中国制造先进芯片的能力 先进封装市场规模：据Yole数据，2021年全球封装市场规模约达777亿美元。其中，先进封装全球市场规模约350亿美元，预计到2025年先进封装的全球市场规模将达到420亿美元，2019-2025年全球先进封装市场的CAGR约8%。相比同期整体封装市场(CAGR=5%)和传统封装市场，先进封装市场增速更为显著。 先进封装占比：倒装占比最高，3D封装预计增长最快。从晶圆数来看，根据Yole和集微咨询数据，2019年约2900万片晶圆采用先进封装，到2025年增长为4300万片，年均复合增速为7%。（折合成12寸）。 图表9：先进封装市场规模 目录 一、先进封装简介：方向明确，景气向上二、先进封装工艺与设备详解 三、受益标的 四、风险提示 1212 2.1半导体封装工艺 封装可分为四级，即芯片级封装(0级封装)、元器件级封装(1级封装)、板卡级组装(2级封装) 和整机组装(3级封装)。通常0级和1级封装称为电子封装，2级和3级封装称为电子组装。 0级封装：裸芯片电极的制作、引线的连接等均在硅片之上完成，暂与基板无关； 1级封装：经0级封装的单芯片或多芯片在封装基板（普通基板、多层基板、HDI基板）上的封装，构成集成电路模块（或元件）。即芯片在各类基板（或中介板）上的装载方式； 2级封装：集成电路（IC元件或IC块）片在封装基板（普通基板、多层基板、HDI基板）上的封装，构成板或卡。； 3级封装：将二级封装的组件