电子行业深度报告：先进封装助力产业升级，国产供应链迎发展机遇

先进封装：后摩尔时代的发展基石 后摩尔时代，芯片物理性能接近极限，提高技术节点的经济效益有所放缓。半导体行业焦点已从提升晶圆制程节点向封装技术创新转移，先进封装技术已成为提高芯片性能的关键途径。据Yole数据，2022年全球先进封装市场规模为443亿美元，占整体封测市场规模46.6%；并预计2028年市场规模达786亿美元，占比54.8%，2022-2028年CAGR约10%，高于整体封装市场2022-2028年CAGR 7.1%。国内先进封装渗透率持续提升。据JWInsights预测，2023年国内先进封装市场规模达到1330亿元，占国内封装市场比例39%。近年来国内厂商通过并购，快速积累先进封装技术，具备与国际领先企业对标的技术能力。国内厂商受益于国内先进封装需求，有望实现高速增长。 多元化先进封装工艺，致力于提升系统功能密度 先进封装技术在重布线层间距、封装垂直高度、I/O密度、芯片内电流通过距离等方面提供更多解决方案，助力芯片集成度和效能进一步提升。先进封装的范畴包括倒装芯片（FC）、晶圆级封装（WLP）、2.5D封装、3D封装等，通过凸块（Bumping）、重布线（RDL）、硅通孔（TSV）及混合键合等关键互连工艺，实现先进封装技术创新和满足发展中不断涌现出更复杂的集成需求。 国产替代叠加下游驱动，半导体封测国产化加速渗透 封测环节作为我国半导体产业链中具备相对优势的环节，在美国管制半导体先进芯片及设备出口的背景下，先进封装重要性愈发凸显。目前已普遍应用于包括AI、HPC、IoT、5G、智能驾驶、AR/VR、手机通信等多个领域，未来随着终端应用的升级和对芯片封装性能的需求提升，先进封装成长空间广阔。据灼识咨询预测，2025年全球封装设备市场规模约103.5亿美元，2020-2025年CAGR17.1%。 先进封装部分核心工艺环节，包括凸块、RDL以及TSV等工艺将使用光刻、刻蚀、电镀、CMP、沉积等多种前道设备；原有的后道封装设备包括固晶机、切片机等随着技术迭代，产品需进行改进和优化。目前先进封装设备国产化率较低，未来国产设备厂商将逐渐从低端市场转向高端市场，随着产品在高端芯片市场持续放量，先进封装产业链国产率将加速渗透。 国内先进封测相关产业链受益标的 封测厂商：长电科技、通富微电、华天科技、深科技、甬矽电子等；封测设备：中科飞测（检/量测设备）、北方华创（PVD、去胶设备）、中微公司（TSV深硅刻蚀设备）、拓荆科技（W2W、D2W键合设备）、华海清科（CMP、减薄设备）、盛美上海（湿法、电镀设备）、芯源微（涂胶显影、清洗、临时键合/解键合设备）、华峰测控（SoC测试机）、精测电子（检/量测设备）、长川科技（测试机、分选机）、芯碁微装（晶圆级封装直写光刻机）、新益昌（固晶机）等。 风险提示：半导体行业景气度复苏不及预期、先进封装技术进展缓慢、国产替代不及预期。 1、先进封装：后摩尔时代的发展基石 1.1、半导体封装技术：由传统向先进持续迭代 封装为半导体产业链后道环节，主要起到保护芯片的作用。在半导体产业链中，封装测试处于晶圆制造过程中的后段环节，在芯片制造完后，将晶圆进行封装测试。 封装的作用包含对芯片的支撑与机械保护、电信号的互连与引出、电源的分配、热管理、功能集成及系统测试等。随着封装技术的持续发展，先进封装不断涌现，如圆片级封装、系统集成封装、三维封装等，进一步提高了电子整机系统的微型化及可靠性等。 图1：封测为半导体产业链后道环节 半导体封装技术路径主要分为五个发展阶段，逐步向先进封装迈进。根据《中国半导体封装业的发展》，当前全球封装技术的主流处于第三代的成熟期，主要是CSP、BGA封装技术，目前封测行业正在从传统封装（SOT、QFN、BGA等）向先进封装（FC、FIWLP、FOWLP、TSV、SIP等）的第四阶段和第五阶段转型。 第一阶段（起源于20世纪70年代前），主要封装形式为微通孔插装型封装。具体典型的封装形式包括晶体管封装（TO）、陶瓷双列直插封装（CDI P）、塑料双列直插封装（PDIP）、单列直插式封装（SIP）等。 第二阶段（起源于20世纪80年代后），主要封装形式为表面贴装型封装。具体典型的封装形式包括塑料有引线片式载体封装（PLCC）、塑料四边引线扁平封装（PQFP）、小外形表面封装（SO P）、无引线四边扁平封装（PQFN）、双边扁平无引脚封装（DFN）等。 第三阶段（起源于20世纪90年代后），主要封装形式为球栅阵列封装（BGA）、晶圆级封装(WLP)、芯片级封装（CSP）。具体典型的封装形式包括塑料焊球阵列封装（PBGA）、陶瓷焊球阵列封装(CBGA)、带散热器焊球阵列封装（EBGA）、倒装芯片焊球阵列封装（FC-BGA）。 第四阶段（20世纪末开始），主要封装形式为多芯片组封装（MCM）、系统级封装（SiP）、芯片上制作凸点（Bumping）。具体典型的封装形式包括多层陶瓷基板（MCM-C）、多层薄膜基板（MCM-D）、多层印制板（MCM-L）等。 第五阶段（21世纪前十年开始），主要封装形式为晶圆级系统封装-硅通孔（TSV）、扇出型集成电路封装（Fan-Out）、三维立体封装（3D）等。 图2：半导体封装技术发展历程图 1.2、后摩尔时代，先进封装已成为提升芯片性能的关键环节 随着技术节点的不断缩小，仅依靠制程工艺架构提升难以满足高性能需求。制程越先进，生产技术与制造工序越复杂，制造成本呈指数级上升趋势。根据文献《Chiplet Heterogeneous Integration Technology—Status and Challenges》（发布于2020年4月20日），引用IBS数据测算，在22纳米工艺制程之后的每一代技术设计成本增加均超过50%。7纳米工艺的总设计成本约3亿美元，而3纳米工艺总设计成本将增加5倍，达到15亿美元。据中芯国际招股书（发布于2020年7月12日），引用IBS数据表明，集成电路制造的设备投入也呈大幅上升的趋势。其中，5纳米技术节点投资成本约155.6亿美元，约为28纳米的四倍。此外，由于良率的技术限制（例如光刻机掩模尺寸），现有的单片集成变得难以为继，需要新的工艺来升级和扩展芯片功能和性能。 图3：IC制程节点升级，芯片设计成本大幅上升 图4： 5nm 逻辑工艺制程设备投资额约为 28nm 的4倍 先进封装为后摩尔时代延续芯片性能提升的重要手段之一。摩尔定律指集成电路上容纳的晶体管数目约每18个月便会增加一倍，但随着晶体管特征尺寸缩小到10nm 以下，量子隧穿效应导致漏电愈发严重，基于摩尔定律的芯片研发和制造成本也会呈几何倍数增加，摩尔定律延续遇到瓶颈。业界提出深度摩尔（More Moore）、超越摩尔（More than Moore）与新器件（Beyond CMOS），其中超越摩尔指不单通过进一步缩小晶体管尺寸来达到摩尔定律，而是通过电路设计优化或先进封装工艺实现。 图5：集成电路先进封装成为芯片性能提升的重要手段 先进封装与传统封装以是否焊线来区分，发展方向分为小型化与高集成化。（1）小型化：3D封装突破传统的平面封装的概念，通过单个封装体内多次堆叠，实现了存储容量的倍增，进而提高芯片面积与封装面积的比值。（2）高集成化：系统级封装SiP能将数字和非数字功能、硅和非硅材料、CMOS和非CMOS电路以及光电、MEMS、生物芯片等器件集成在一个封装内，在不单纯依赖半导体工艺缩小的情况下，提高集成度，以实现终端电子产品的轻薄短小、低功耗等功能，同时降低厂商成本。 图6：封装主要分为传统与先进封装技术 1.3、封装市场空间：国内先进封装渗透率低，行业发展带动产值快速提升 全球封测市场规模稳定增长，先进封装贡献主要增量。据Yole数据，2022年全球封测市场规模约950亿美元，YoY+9.07%。未来汽车电子、人工智能、数据中心等应用领域的快速发展将推动全球封测市场持续高走，Yole预计2028年将达到1433亿美元，对应2022-2028年CAGR达7.1%。高端消费电子、人工智能、数据中心等快速发展的应用领域大量依赖先进封装工艺，导致其占全球封测市场总规模比例持续提升。其中，2022年全球先进封装市场规模为443亿美元，占整体封测市场规模46.6%；Yole预计2028年增长至786亿美元，占比54.8%，对应2022-2028 CAGR 10%。 图7：2022-2028年Yole预计全球封测市场规模CAGR达7.1% 图8：2028年Yole预计全球先进封装市场规模达786亿美元 先进封装市场中倒装封装技术市场份额最高，2.5D/3D堆叠成长增速显著。由于大部分基板类先进封装都需要依靠倒装封装，据Yole数据，Flip-chip仍是目前市场份额最大的先进封装工艺，2022年市场规模达到225.3亿美元，先进封装中占比50.9%；Yole预计2028年营收实现367.2亿美元，占比46.75%，2022年-2028年CAGR为8.5%。而2.5/3D堆叠为各类先进封装工艺中成长性显著，2022年市场规模为92亿美元，占先进封装总比例的20.79%。Yole预计2028年实现257.7亿美元，占比32.81%，2022年-2028年CAGR为18.7%。 图9：据Yole预计，2022年开始全球先进封装营收占比逐年提升 图10：据Yole预计，2022-2028年先进封装工艺中倒装（Flip-Chip）营收占比最高 国内先进封装渗透率低，行业发展带动产值快速提升。据中国半导体行业协会，2022年中国封测市场规模为2995亿元，YoY+8.4%；并预计2026年中国封测市场规模实现3248亿元，对应2022-2026年CAGR2.1%。随着5G、高端消费电子、人工智能等新应用发展以及现有产品向SiP、WLP等先进封装技术转换，先进封装市场规模持续增长。据JWInsights预测，2023年中国先进封装产值将达到1330亿元，约占总封装市场的39%。国内封测企业加速在先进封装领域布局，有望进一步带动产值快速提升。 图11：据中国半导体行业协会预计，2022-2026年中国封测市场增长CAGR2.1% 图12：据JW Insights预计。2023年中国大陆先进封装占比39% 1.4、先进封装竞争格局：OSAT头部集中，IDM+Foundry开拓新工艺 先进封装主要由OSAT（封测代工厂）占据主导，行业CR5占比约68%。近年来，先进封装技术的内驱力已从高端智能手机领域演变为高性能计算和AI等领域，主要涉及高性能处理器、存储器等产品。除了传统封测代工厂（OSAT）外，晶圆代工厂（Foundry）以及IDM公司也相继成立自己的封装厂，积极布局先进封装技术领域。据Yole统计，2022年集成电路先进封装CR5厂商占据了全球先进封装产业68%的市场份额，其中包括3家外包封测厂商（日月光、安靠和长电科技）、1家晶圆代工厂（台积电）以及1家集成电路制造商（三星）。 图13：2022年封测代工厂主导先进封装市场规模 图14：2022年全球先进封装CR3厂商规模占比约50% 头部Foundry、IDM、及OSAT逐步开发出多种I/O密度更高的封装形式。主要有超高密度扇出型（UHD FO）、2.5D、3D、嵌入式硅桥以及混合键合五种类型，随着封装形式对应的I/O间距逐步缩小，连接密度越来越高。据Yole数据，在中低端I/O密度领域（包含CoreFO、FilipChip及UHD FO封装工艺），OSAT厂商为主要参与者；2.5D封装中台积电为提供interposer（中介层）及后道封装服务的厂商，而OSAT与IDM厂商之间相互合作来完成硅中介层及封测代工业务。台积电、三星及英特尔为高端先进封装技术领域的主要参与者，并在这一领域展开激烈竞争。安靠、长电科技、日月光等顶级OSAT也在积极布局高端先进封装市场，但目前仍以承接Foundry和IDM的封测代工业务为主。