封装设备行业深度报告：国产封装设备发力，勾勒三维集成电路新时代

物理极限迫近成本开支剧增，集成电路微缩趋缓：7纳米制程节点之后，短沟道和量子隧穿效应引发漏电、发热现象严重影响芯片性能。同时，DUV光刻机精度受制于光源的波长达到极限，EUV光刻机最高售价3亿美元每台； 2纳米芯片电路图设计成本为每套7.25亿美元；5万片月产能的2纳米制程晶圆厂投资成本高达约270亿美元。技术和成本压力下，集成电路微缩化进度放缓。 先进封装产线扩产，封装设备需求旺盛：光刻设备进口受限，国产化也尚需时日。国内先进制程研发扩产受制于光刻瓶颈，先进封装成为现阶段国内集成电路产业提升芯片性能的关键技术。通富微电、长电科技、华天科技、盛合晶微等企业为满足国内的需求，与晶圆厂和设计企业等上下游密切合作，布局先进封装产线，需采购大量封装设备。 封装设备市场规模大，进口依赖较严重：据SEMI统计2021年全球封装设备市场规模71.7亿美元，2022-2023年受半导体景气周期影响，封装设备采购回落，2024年有望恢复增长。2021年中国大陆传统封装设备进口总金额高达约216亿元，对于新加坡、日本、马来西亚设备的依赖较大。 各类国产封装设备企业齐发力：封装设备包括传统的引线键合机、减薄机、贴片机（固晶机）、划片机、塑封切筋机等；先进封装设备包括硅通孔刻蚀机，晶圆键合机、封装光刻机、电镀沉积设备等。与前道制造设备相比，封装设备技术壁垒较低，进口受限很少，但是仍存在未来海外限制加码的风险。 投资建议：建议关注新益昌、芯碁微装、赛腾股份、文一科技、光力科技、奥特维等封装设备企业，与拓荆科技、芯源微、华海清科、中微公司、北方华创等前道与后道封装同时布局的企业。 风险提示：封装设备需求不及预期；封装设备技术研发不及预期；行业竞争加剧 表1：重点公司投资评级: 全球集成电路封装技术共经历了五个发展阶段，不断朝小型化、I/O数量增加、集成化方向发展。早期三种传统封装方式包括通孔插转型封装（QFN、QFP）、表面贴装型封装（SOP、SOT）、现阶段广泛采用的芯片级封装(CSP)和球栅阵列封装(BGA)。包括倒装焊封装(Flip Chip)、三维立体封装(3DIC)、系统级封装(SiP)在内的第四/五代封装方式，被视为先进封装。 1.2封装测试市场：与半导体产业共同发展壮大，先进封装占比提升 作为从晶圆制造到成品芯片的关键环节，随着全球半导体产业的发展，封装测试的市场规模不断扩大。据Yole统计和预估：2019年全球封装测试市场规模为675亿美元，2022年达到815亿美元，2026年将上升至961亿美元；中国大陆的封装测试市场由2019年的2350亿元，上升至2022年的2996亿元，在短暂调整之后2026年有望达到3248亿元的规模。 全球维度，规模最大封装测试企业为日月光（中国台湾），安靠（美国），长电科技（中国大陆），通富微电（中国大陆），力成科技（中国台湾）。据Yole统计和预估：先进封装在全球封装市场中的整体占比，2022年约为47%；中国大陆先进封装起步较晚，2014年先进封装占比25%，这一比例2024年有望提升至39%；2026年全球先进封装市场规模有望首次超越传统封装。 前道制造晶圆厂很少直接参与传统后道封装环节；但是随着先进封装技术的不断推广，刻蚀、沉积、光刻、键合、清洗等工艺在先进封装环节得到广泛运用，逐渐形成了中道工艺。中道工艺的精度低于同期的前道晶圆制造工艺，但显著高于传统的后道封装；由于中道制程工艺原理与前道制程工艺存在大量相通之处，台积电、三星、海力士等晶圆制造企业开始与下游封测厂商密切合作，深度介入先进封装流程。部分前道设备企业开始积极布局中道先进封装设备。 与传统封装设备相比，先进封装设备单价更高，供应商多为半导体前道设备制造商，客户包括涉足先进封装业务的晶圆厂（FAB）与原有的封装企业（OSAT）。 Yole估计，2021至2023E，包括晶圆厂在内的前9大封装企业，其资本开支规模合计约为134/145/119亿美元。2023年全球先进封装领域合计资本开支为约97亿美元，台积电（TSMC）英特尔（intel），三星（samsung）为投资主力。资本与实力更为雄厚的晶圆厂大举投资先进封装领域，推动了封装设备整体的市场规模快速增长。 固晶机（贴片机）由取料结构、推料结构、点胶结构、点胶平台、摆臂、固晶平台、找晶平台、夹具、出料结构等几部分组成，可通过定位、对准、倒装、连续贴装等步骤，通过银胶将芯片（Die）粘接到基板、载体或封装好的封装体上，并保证芯片之间的电连接、热传导和机械强度。固晶机服务下游LED、逻辑芯片、分立器件、存储芯片等行业的等行业；高精度（固晶机）成本占先进封装设备产线总体成本的30%-40%，是先进封装的核心设备。 华封科技（未上市）是国内高端贴片机领军企业，其产品最高精度为3微米，对先进封装贴片工艺实现了全面覆盖，已获得日月光、矽品、NEPES、通富等多个头部厂商大量复购订单。新益昌是国内LED固晶设备龙头厂商，产品也用于半导体领域的DFN/QFN型封装。2018年整体市占率6%，在LED固晶机全球市场份额为28%。 其他固晶机企业包括深科达、凯格精机、普莱信、猎奇智能、江苏佑光、快克智能、博众精工、微见智能等。 2023年全球半导体塑封机4.34亿美元，LP information预计2030年达到8.77亿美元，2024-2030年间的CAGR为10.6%。中国大陆2021年半导体塑封机进口金额约11.2亿元，2022年回落至约9亿元。日本TOWA、YAMADA两家公司占据全球半导体塑封设备绝大多数市场。 塑封设备分为注塑型和圧缩成型两种，注塑工艺通过流道和浇口将树脂注入成型腔再固化，应用于较传统的引线框架(LeadFrame)、电子控制单元（ECU）、电源模块(Power moudle)封装。圧缩成型工艺是将液态树脂或颗粒状树脂放入型腔，在树脂熔融状态下将集成电路浸入树脂进行成形封装；此种方法对树脂的利用率接近100%，树脂流动对芯片和金线的影响可降至最低，可实现超大超薄型基板的封装和晶圆级封装。圧缩成型工艺广泛用于3D NAND闪存、处理器等封装过程中。 划片机市场规模伴随着先进封装产业和半导体行业的发展，快速扩张。QYresearch估计2018/2023E/2029E年的全球划片机市场规模为11.75/19.10/25.18亿美元。 2022年中国市场规模为10.98亿美元，约占全球的63.67%；博捷芯预计中国市场2029年将达到16.21亿美元，届时全球占比将达到64.34%。 海外划片机龙头为日本Disco和东京精密。光力科技、和研科技、京创先进在光电等泛半导体切割划片领域基本实现了国产替代，正发力集成电路半导体用划片机。国内其他划片机生产商包括艾凯瑞斯、蓝瑟半导体、博捷芯、汉为科技。 引线键合的键合质量直接影响器件性能，目前常用的键合线有铝线、金线、银线、铜线、铝带、铜片和铝包铜线等。金线早期渗透率较高，但因成本较高，且容易造成塌丝、拖尾和老化现象，适用于小电流产品。铜线成本远低于金线，机械强度高，焊接后线弧具有良好的稳定性，适用于大电流应用，但是容易发生氧化，键合过程需要气体保护，键合点容易开裂。铝线在通过大电流时发热效应小，因此当前对于半导体大功率器件，通常采用高纯粗铝线键合。 引线键合机市场集中度高，海外厂商规模优势显著。作为封装设备的核心环节，引线键合机长期被美国库力索法（Kulicke & Soffa）与ASM Pacific垄断，两家全球市占率超80%，其中库力索法（Kulicke & Soffa）市占率超60%。2021年引线键合设备国产化率仅3%。 晶圆背面减薄时，硅化合物会向四周扩散，晶圆也可能因外力而破裂或翘曲，且晶圆面积越大越容易受到影响。故在背面研磨之前，通常需要在晶圆正面贴上一条薄薄的紫外线（UV）蓝膜用于保护晶圆。在背面研磨减薄后，晶圆上的胶带膜层应通过紫外线照射降低粘合力，从而将其剥离。 为满足国内先进封装企业的需求，国内企业积极布局晶圆减薄设备。华海清科于2020年独立承担减薄相关的国家级重大专项课题，2022年实现关键突破。其减薄机可稳定实现12英寸晶圆片内磨削总厚度变化＜1um和减薄工艺，已实现量产机台出货。电科装备旗下北京中电科的8-12寸系列减薄机，截止2023年9月发货突破百台，通过产业应用端的认可。 临时键合由于可以解键合，具备更高的灵活性。最常见的临时键合是使用键合胶将晶圆与载片粘合，随后进行减薄等晶圆背面工艺后，最后用机械法、化学溶剂、激光法解键合，3.5段落减薄工艺中已有部分描述。 永久键合：键合技术通过化学和物理方法将同质或异质的晶片紧密地结合，晶片接合界面的原子受到外力（范德华力、分子力、原子力）的作用而产生反应形成共价键，使接合界面达到特定的键合强度从而永久结合。先进封装用永久键合设备通常采用混合键合技术，即同时存在导体（铜）与电介质（二氧化硅）的结合。 上海微电子首台先进封装光刻机产品SSB500/10A于2009年9月交付用户，2012年封装光刻机首次发运海外客户。2022年，上海微电子成功推出了中国首台2.5D/3D先进封装光刻机，并交付给客户使用，填补了国内在2.5D/3D先进封装光刻机领域的空白。芯碁微装首台WLP2000晶圆级封装直写光刻机2022年9月发运至昆山某封测厂；当月另一台WLP2000直写光刻机也已发往成都某Micro-LED研制单位交付。 3.8硅通孔设备：多层互连关键，北方华创/中微公司进展显著 硅通孔刻(Through-Silicon Via即TSV)是穿过硅基板（晶圆或芯片）的先进封装技术。TSV技术通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充，实现硅通孔的垂直电气互联。相比于传统的引线键合或微凸点技术，TSV技术能大大缩减信号传输的距离，从而降低信号延迟。TSV技术在2.5D/3D封装中被大规模应用，使芯片和封装基板之间和不同芯片之间，拥有更高的互连密度和更快的通讯速度。 硅通孔位置 据来源：Semiwiki，财通证券研究所 与前道制程用刻蚀机相比，制作硅通孔的刻蚀机精度稍低，一般为微米级别；但是硅通孔刻蚀机在刻蚀速率、深宽比、刻蚀形貌、均匀性、选择比等方面具有严苛的要求，国内仅少数企业具备量产能力。 中微公司的Primo TSV刻蚀机在全球范围内已取得较大市场份额。北方华创于2020推出TSV深硅刻蚀机PSE V300，其性能达到国际主流水平，2023年6月已累计实现销售100腔。 拓荆科技的PF-300T Astra设备，微导纳米的iTomic设备，可用于硅通孔中介质层的沉积。北方华创的PVD设备用于硅通孔种子金属层/阻挡层沉积；盛美上海公司的电镀机可用于TSV金属电镀工艺。 全球范围内，TSV介质层的CVD沉积设备主要由AMAT/LAM/SPTS(KLA)等公司提供；PVD/电镀设备主要由AMAT/SPTS(KLA)等公司提供。 KLA-Tencor、Rudolph、Camtek等公司为先进封装量检测设备领域的传统优势企业。赛腾股份通过收购全球领先的晶圆检测设备供应商日本OPTIMA涉足晶圆检测装备领域，部分产品具备晶圆背面检测能力，可用于先进封装领域，三星为其优质客户。中科飞测的晶圆三维形貌量测设备、图形晶圆缺陷检测设备可用于先进封装领域，封装领域客户包括华天科技、通富微电、长电科技。 3.11其他设备 其他设备包括负责印刷助焊剂并放置锡球的植球机，负责对焊锡膏进行热处理，从而让贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠结合的回流焊炉（劲拓股份生产）；负责切割引线框架分离芯片，并将外引脚压成预定形状的切筋成型机；负责在封装好的芯片顶部打印信息标示的激光打标机等。 4风险提示 封装设备需求不及预期：封装测试企业及晶圆厂的资本开支，决定封装设备的市场需求。2024年全球半导体市场景气度复苏存在不确定性，可能导致封装设备需求不及预期，拖累相关公司业绩。 封装设备技术研发不及预期：封装设备，尤