华安机械：先进封装不断演进，设备厂商迎来新机遇

证券研究报告 证券研究报告 华安机械 先进封装不断演进，设备厂商迎来新机遇 张帆S0010522070003徒月婷S00105221100032023年12月29日 华安证券研究所 敬请参阅末页重要声明及评级说明 目录 一、先进封装市场空间广阔二、先进封装的平台化技术三、典型先进封装产品 四、先进封装设备梳理 证券研究报告 证券研究报告 一、先进封装市场空间广阔 成，降低成本 1.1先进封装：高效集 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IBS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。 芯片每百万门制造成本随制程节点变化趋势 $4.50 $4.00 Costper100Mgates $3.50 $3.00 $2.50 $2.00 $1.50 $1.00 $0.50 $0.00 $4.01 $2.82 $1.94 $1.30 $1.42 $1.43 $1.45 $1.52 90nm65nm45/50nm28nm20nm16/14nm10nm7nm 资料来源：IBS，华安证券研究所整理 中道：先进封装 晶圆制造前道 芯片封测后道 芯片设计 代表企业：日月光 矽品 长电科技 Amkor 代表企业： TSMC UMCSMIC 华虹 代表企业： 高通英伟达AMD 资料来源：克洛智动工程，华安证券研究所整理 封装 1.1先进封装VS传统 与设计和晶圆制造相比，封装行业进入壁垒较低。因此在中国集成电路发展早期，众多企业选择以封测环节作为切入口，并不断加强对海内外企业并购动作，以持续扩大公司规模。目前封测已成为中国大陆半导体产业链中竞争力最强的环节。 传统封装过程如下：将晶圆切割为晶粒（Die）后，使晶粒贴合到相应的基板架的小岛（LeadframePad）上，再利用导线将晶片的接合焊盘与基板的引脚相连（WireBond），实现电气连接，最后用外壳加以保护（Mold，或Encapsulation）。典型封装方式有DIP、SOP、TSOP、QFP等。传统封装的封装效率（裸芯面积/基板面积）较低，存在很大改良的空间。 先进封装主要种类有：倒装（FlipChip），凸块（Bumping），晶圆级封装（Waferlevelpackage），2.5D封装（interposer，RDL等），3D封装（TSV）等封装技术。先进封装在诞生之初只有WLP，2.5D封装和3D封装几种选择，近年来，先进封装的发展呈爆炸式向各个方向发展。先进封装技术于上世纪90年代出现，通过以点带线的方式实现电气互联，实现更高密度的集成，大大减小了对面积的浪费。 部分先进封装工艺示意图（按技术种类分类） 晶圆级封装 传统封装和先进封装功能对比 方向 传统封装（倒装为例） 先进封装（Fan-outWLP和2.5D/3D为例） Fan-outWLP 2.5D/3D 系统内存带宽 低 中 高 芯片能耗比 低 高 高 芯片厚度 高 低 中 芯片发热 中 低 高 封装成本 低 中 高 性能 低 中 高 形态 平面、芯片之间缺乏高速互联 多芯片、异质集成、芯片之间高速互联 Fan-out晶圆级封装2.5D封装3D封装 资料来源：电子发烧友，维基百科，华安证券研究所整理资料来源：智芯仿真，华安证券研究所整理 1.1先进封装VS先进 制程 大功耗、高算力的场景，先进封装/Chiplet有应用价值。芯片面积越大，工艺良率越低，在实际制造中得到的单颗芯片的制造成本就越高，因此，在先进制程不可获得的背景下，降制程而通过芯片堆叠的方式，可以一定程度减少算力劣势，但是因为堆叠更多芯片，需要更大的IC载板、更多的Chiplet小芯片、更多的封装材料，也导致因为制程落后带来的功耗增大、体积/面积增加、成本的增加。 先进制程和先进封装对比 方向 传统制程 先进封装 提升芯片性能方式 缩小单个晶体管特征尺寸，在同等芯片面积(Diesize)水平下，提升晶体管集成度（同等设计框架，芯片性能/算力与晶体管数目正相关） 从系统效率提升的角度，一是让CPU更靠近Memory，让“算”更靠近“存”，提升每一次计算的算存效率。二是让单个芯片封装内集成更多的元件：信号传输速度排序，Wafer>ICsubstrate>PCB，元件在芯片内部的通讯效率比在板级上更高，从系统层面提升芯片性能。 芯片轻薄化 先进制程能够在算力和晶体管数目不变时，通过缩小单个晶体管特征尺寸，实现芯片面积(Diesize)缩小 因为封装对晶体管尺寸无微缩的能力，只能通过更精细的材料、更致密的结构来实现轻薄化。 资料来源：集贤网，华安证券研究所整理 1.1先进封装发展历 程 封装技术起源于1970s,先进封装在1990s崭露头角。其中通孔插装型、表面贴装型、球栅阵列型封装一般被认为是传统封装，晶圆级封装、2.5D/3D封装技术等为先进封装。传统封装的基本连接系统主要采用引线键合工艺，先进封装指主要以凸点(Bumping)方式实现电气连接的多种封装方式，旨在实现更多I/O、更加集成两大功能。 芯片封装发展历程及形式 阶段 时间 封装类型 具体封装形式 第一阶段 20世纪70年代以前 传统封装 通孔插装型封装 晶体管封装(TO)、陶瓷双列直插封装(CDIP)、塑料双列直插封装(PDIP) 第二阶段 20世纪80年代以后 表面贴装型封装 塑料有引线片式载体封装（PLCC)、塑料四边形扁平封装（PQFP）、小外形表面封装 （SOP）等 第三阶段 20世纪90年代 球栅阵列封装（BGA) 塑料焊球陈列封装（PBGA)、陶瓷焊球陈列封装（CBGA)、带散热器焊球陈列封装 （EBGA)、倒装芯片焊球陈列封装（FCBGA） 先进封装 晶圆级封装(WLP) 芯片级封装（CSP） 引线框架CSP封装、柔性插入板CSP封装、刚性插入板CSP封装、圆片级CSP封装 第四阶段 20世纪末 多芯片组封装(MCM) 多层陶瓷基板（MCM-C)、多层薄膜基板（MCM-D）、多层印刷板（MCM-L） 系统级封装（SiP)、三维立体封装（3D）、芯片上制作凸点（Bumping) 第五阶段 21世纪前10年开始 微电子机械系统封装（MEMS）、晶圆级系统封装-硅通孔（TSV）、倒装焊封装（FC）、表面活化室温连接（SAB)、扇出型集成电路封装（Fan-out）、扇入型集成电路封装（Fan-in） 资料来源：资产信息网，华安证券研究所整理 •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AI、HPC、数据中心、CIS、MEMS传感器等领域也将迎来广阔的增量空间。 终端应用对先进封装的需求 应用领域 CPU/GPU APU DPU MUC ASIC FPGA 储存 传感器 模拟 光电子 人工智能 FC,FO 智能驾驶 FC,2.5D/3D,FO,SiP FC,FO,ED FC,WB,QFN,WLCSP FC,2.5D/3D,FO FC,FO,WB,QFN,WLCSP,SiP FC,FO,WB,QF N,ED,SiP AR/VR HPC FC,FO,ED FC,2.5D/3D,FO FC,3D,W FC,2.5D/3D.WB.S iP IoT FC,WB,QFN,WLCSP B,QFN,WLCSP,SiP FC,FO,WB, QFN,WLCSP,SiP 5G FC,2.5D/3D, FC,FO, FC,FO, FO,SiP ED WB,QF FC,2.5D/ 手机通信 FC,FO,WB, M,ED,S 3D.WB.S QFN,WLCS iP iP P,SiP 区块链 FC,2.5D/3D, FC,2.5D/3D,F FO O 资料来源：JWInsights，华安证券研究所整理 据YoleGroup，全球先进封装市场规模将由2022年的443亿美元，增长到2028年的786亿美元，年复合成长率（CAGR）为10%。而其中，2.5D/3D先进封装市场收入规模年复合增长率近40%，在先进封装多个细分领域中位列第一。 根据Frost&Sullivan数据，中国大陆封测市场2022年507.5亿元，我们结合Yole数据测算占世界比例16%。中国大陆封测市场预计将保持增长，在2025年达到3,551.9亿元的市场规模，其中先进封装将以4年29.91%的复合增长率持续高速发展，在2025年达到1,136.6亿元，占中国大陆封测市场比重将达到32.00%，增速远高于传统封装。 2022-2028年全球先进封装市场规模（十亿美元）2016-2025E中国大陆封测市场规模（销售口径） 4000 3500 3000 2500 2000 38.01% 40% 35% 30% 26.65% 27.1790%0.4 888 399 507.5 26.78%28.00% 1136.6 22.22% 351.3 263.3 293.7 207.9 19.61% 1500 1000 500 0 187.7 14.79% 10.76% 11.55% 13.58% 25% 20% 15% 10% 6.50%4.97%4.77% 2.26%1.41%2.39%0.60% 5% 0% 201620172018201920202021E2022E2023E2024E2025E 传统封装（亿元） 传统封装增长率（%） 先进封装（亿元） 先进封装增长率（%） 资料来源：Yole，华安证券研究所整理 资料来源：Frost&Sullivan，汇成股份公告，华安证券研究所整理 根据Frost&Sullivan对国内封装市场的预测及以下假设： 1）根据YOLE的2021年前十大先进封装资本开支的半导体厂商数据，选取其中国内封测厂的2021年的先进封装资本开支/先进封装营收均值22%，作为先进封装资本开支占比； 2）设备在资本开支中的占比为70%； 3）先进封装国产化率假设从2021年的10%增长至2025年的20%进行国产设备空间测算。 得到结论：2025年国内先进封装设备市场空间达172.1亿元，2021-2025年先进封装设备市场空间CAGR为30%。 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 传统封装（亿元） 2,261.1 2,312.1 2,344.8 2,400.9 2,415.3 先进封装（亿元） 399.0 507.5 700.4 888.0 1,136.6 中国大陆市场（亿元） 2,660.1 2,819.6 3,045.2 3,288.9 3,551.9 先进封装市场占比 15% 18% 23% 27% 32% 先进封装资本开支占比 22% 22% 22% 22% 22% 资本开支（亿元） 86.3 1