/ 电子设备行业专题研究 先进封装材料专题(一):ABF载板材料设备领航,关注玻璃基新方向 / 2024年02月27日 【投资要点】 先进封装产业趋势明确,重点关注工艺、材料和设备的破局之路。高算力需求驱动封装方式的演进,2.5D/3D、Chiplet等先进封装技术市场规模逐渐扩大,多芯片、异质集成、芯片之间高速互联成为发展重 点,Intel、台积电等厂商纷纷布局。由于结构堆叠、芯片算力提升等因素影响,先进封装技术目前还面临一些问题,例如晶圆翘曲、焊点可靠性问题、TSV可靠性问题、RDL可靠性问题以及封装散热问题,寻找更合适的材料、采用新的工艺以及更精确先进的设备成为破局重点。 封装基板是先进封装中的重要材料,关注相关产业链的国产替代进程。先进封装的载板以高端ABF载板为主,其成本构成中主要包括ABF 膜、BT芯板、铜箔、电镀药水等,目前包括ABF载板及相关材料的供应主要掌握在海外厂商手中,国产替代成为发展趋势。载板方面,日系、台系厂商占比较高,兴森科技、深南电路等大陆企业在加速布局;ABF膜方面,日本味之素长期处于垄断地位,供应紧张,生益科技、华正新材、宏昌电子等厂商配合下游载板客户进行核心材料的国产替代;电镀药水方面,安美特等厂商占据重要地位,天承科技等厂商积极进行先进封装基础液、电镀添加剂以及ABF载板电镀药水的研发,目前取得不错进展;设备方面,高端产品的产线一直由海外企业垄断,芯碁微装等厂商在载板直写光刻设备、先进封装直写光刻设备等领域进行国产化,趋势明确。 关注先进封装未来发展方向——玻璃基板。Intel率先对先进封装的 未来局势做了判断,其认为玻璃具有更独特的性能,在平坦度、热稳 定性和机械稳定性等方面都有更好的表现,因此可以满足更高密度、更高性能的芯片封装需求。相比于有机基板,玻璃基板可显著改善电气和机械性能,能满足更大尺寸的封装需求,是未来先进封装发展的重要方向。 【配置建议】 关注封装基板产业链的国产替代。载板方面,重点关注兴森科技、深南电路;ABF膜和基板方面重点关注生益科技,建议关注华正新材、宏昌电子;电镀药水方面重点关注天承科技;设备方面,重点关注芯碁微装。 【风险提示】 下游需求复苏不及预期; 原材料价格波动风险; 国产替代进程不及预期; 竞争加剧影响盈利能力。 挖掘价值投资成长 强于大市(维持) 东方财富证券研究所 证券分析师:邹杰 证书编号:S1160523010001 联系人:刘琦 电话:021-23586475 相对指数表现 14.30% 5.51% -3.27% -12.06% -20.84% -29.63%2/274/276/278/2710/2712/27 电子设备沪深300 相关研究 《迎接电子创新和超额收益大年》 2024.01.31 《算力、光模块需求高景气,智能网联化、卫星通信前景可期》 2024.01.18 《汽车电子系列报告之四:智能座舱域环境感知和人机交互系统》 2023.12.27 《PCB板块三季度跟踪:需求整体弱反弹,看好新技术带来的新方向》 2023.12.20 《谷歌发布Gemini,关注智算国产化》 2023.12.12 行业研究 电子设备 证券研究报告 正文目录 1.先进封装产业趋势明确,工艺、材料和设备是关键4 1.1.先进封装市场规模持续增长,大厂纷纷布局4 1.2.解决痛点的关键是工艺、材料和设备6 2.先进封装材料之一:封装基板8 2.1.在封装成本中占比较高8 2.2.基板、ABF膜、电镀药水等亟需国产替代9 2.3.关注玻璃基板等新材料的应用趋势11 3.投资机会13 3.1.兴森科技:ABF载板放量在即13 3.2.深南电路:FCBGA中高阶产品进展顺利13 3.3.生益科技:基板材料和积层胶膜国产替代14 3.4.华正新材:CBF膜进展顺利15 3.5.天承科技:先进封装基础液和电镀添加剂进入最终验证阶段16 3.6.宏昌电子:与晶化科技合作增层膜新材料17 3.7.芯碁微装:先进封装设备确定性较强18 图表目录 图表1:相比于传统封装,先进封装整体性能更优,能支持更高算力需求4 图表2:各厂商在先进封装技术中的布局4 图表3:基于封装技术的参与者画像5 图表4:2022-2028年全球先进封装市场规模占比预计将从47%提升至55%5 图表5:移动和消费是先进封装的主要应用领域,未来几年电信和基础设施增速较快5 图表6:移动和消费是先进封装的主要应用领域,未来几年电信和基础设施增速较快6 图表7:先进封装面临的挑战以及应对措施6 图表8:美国发布《国家先进封装制造计划愿景》的优先投资领域7 图表9:封装基板在封装中材料成本占比较高8 图表10:封装基板增长幅度遥遥领先8 图表11:FCBGA封装基板的结构9 图表12:基板材料性能对比9 图表13:积层绝缘膜的应用流程10 图表14:ABF膜材料性能对比10 图表15:ABF膜的应用结构10 图表16:ABF膜的应用领域10 图表17:玻璃基板成为未来重要发展趋势11 图表18:玻璃基板优势显著12 图表19:兴森科技近两年利润受到FCBGA项目拖累下滑严重13 图表20:兴森科技毛利率基本稳定,净利率受到新项目拖累13 图表21:深南电路23年由于需求影响营收和利润有所下滑14 图表22:深南电路23年毛利率和净利率略有下滑14 图表23:生益科技近两年营收和利润有所下滑15 图表24:生益科技近两年盈利能力整体呈下滑趋势15 图表25:华正新材半导体封装材料主要包括BT封装材料和CBF积层绝缘膜 ..........................................................................................................................15 图表26:华正新材近两年营收和利润有所下滑15 图表27:华正新材近两年盈利能力整体呈下滑趋势15 2 2017 图表28:华正新材CBF积层绝缘膜应用场景16 图表29:天承科技客户情况16 图表30:天承科技23年营收有所下滑,利润下滑幅度较小17 图表31:天承科技近两年盈利能力整体呈上升趋势17 图表32:天承科技ABF载板沉铜产品已经达到业界要求的技术水准17 图表33:晶化科技ABF增层材料18 图表34:芯碁微装营收和利润长期增长18 图表35:芯碁微装盈利能力维持稳定18 图表36:封装基板产业链受益标的估值比较表(截至2024年2月22日)19 2017 1.先进封装产业趋势明确,工艺、材料和设备是关键 1.1.先进封装市场规模持续增长,大厂纷纷布局 先进封装可以满足更高性能需求。AI芯片高算力需求催生封装方式的演进,区别于传统封装,先进封装一般是指会采用硅通孔(TSV)、重布线层(RDL)、微凸点、硅中介层等技术。目前市场主流先进封装技术大致分为扇出型(FO)封装技术、2.5D/3D封装技术和Chiplet技术。先进封装的内存带宽更高、性能更优、成本整体偏高,可以实现多芯片、异质集成、芯片之间高速互联。 图表1:相比于传统封装,先进封装整体性能更优,能支持更高算力需求 封装类型 内存带宽 能耗比 芯片厚度 芯片发热 封装成本 性能形态 传统封装 低 低 高 中 低 平面、芯片之间缺乏高速 低 互联 FOWLP 中 高 低 低 中 中多芯片、异质集成、芯片 2.5D/3D 高 高 中 高 高 高之间高速互联 资料来源:《田文超,谢昊伦,陈源明等.人工智能芯片先进封装技术[J].电子与封装,2024,24(01):21-33.》,东方财富证券研究所 大厂纷纷布局先进封装。先进封装是后摩尔时代全球集成电路的重要发展趋势,也是解决芯片封装小型化、高密度等问题的关键途径。伴随着下游服务器等市场对高算力的强劲需求,推动半导体封装朝着多功能、小型化、便携式的方向发展。 图表2:各厂商在先进封装技术中的布局 资料来源:《田文超,谢昊伦,陈源明等.人工智能芯片先进封装技术[J].电子与封装,2024,24(01):21-33.》,东方财富证券研究所 2017 图表3:基于封装技术的参与者画像 资料来源:Yole咨询机构,东方财富证券研究所 先进封装市场规模持续增长。根据Yole统计和猜测,2022年,先进封装市场占比47%,预计到2028年占比将达到55%;从整体市场规模来看,2022年先进封装市场规模为442.6亿美元,预计2028年整体市场份额达到785.5亿美元,CAGR为10.03%。 图表4:2022-2028年全球先进封装市场规模占比预计将从47%提升至55% 资料来源:Yole咨询机构,东方财富证券研究所 图表5:移动和消费是先进封装的主要应用领域,未来几年电信和基础设施增速较快 资料来源:Yole咨询机构,东方财富证券研究所 2017 移动和消费是先进封装的主要应用领域。根据Yole的统计和预测,2022年,移动与消费占整个先进封装市场份额的70%,这个细分市场预计2022年 至2028年期间的复合年均增长率为7%,截至2028年将占先进封装市场份额的61%;电信与基础设施领域增速最快,预期2022-2028年CAGR约为17%;预计2028年汽车与运输将占9%的市场份额,而医疗、工业和航空航天/国防等其他细分市场将占3%。 图表6:移动和消费是先进封装的主要应用领域,未来几年电信和基础设施增速较快 资料来源:Yole咨询机构,东方财富证券研究所 1.2.解决痛点的关键是工艺、材料和设备 先进封装面临诸多问题,工艺、材料、设备等是破局重点。由于结构堆叠、芯片算力提升等因素影响,先进封装技术目前还面临一些问题,例如晶圆翘曲、焊点可靠性问题、TSV可靠性问题、RDL可靠性问题以及封装散热问题,这些问题不很好的解决可能会影响芯片性能。 根据相关研究,针对上述问题,在生产制造过程中主要从工艺、材料、设备等方面进行控制,研发更适合、性能更好的材料是对每一类问题都非常有效的措施,因此本报告主要从先进封装中材料的升级来进行梳理。 图表7:先进封装面临的挑战以及应对措施 存在的 问题 问题具体描述 方法建议 晶圆翘曲 严重影响后续磨削减薄、切割等封装步骤工艺精度,带来界面分层、焊点断裂及裂片等诸多可靠性问题 ①工艺上,优化封装过程中温度、湿度、冷却速度以及气压等因素来减小热应力的影响②材料上,采用与晶圆CTE接近的封装材料③设备上,使用高精度检测设备 焊点可靠性 可能会因为服役环境影响而产生柯肯达尔孔洞、裂纹扩展、焊点断裂破碎等失效现象 材料上,研发高可靠性扩散阻挡材料及性能更优的焊料 合金 TSV可靠性 开裂分层、电性能可靠性、空洞、热可靠性等问题 ①材料上,研发新材料抑制衬底损耗、降低热失配的影响②结构上,使用同轴空气间隙TSV等新结构③工艺上,使用通孔双面分布填充的工艺减小填充难度 2017 RDL可靠性 走线开裂、电可靠性、精度问题、短路故障等问题 ①材料上,研发合适的介电材料减小与铜线之间CTE差异②工艺和设备上,设计更合适且精确的制程设备 封装散热 芯片堆叠、内埋无源器件、封装尺寸缩小等会对散热性产生影响 研发新的材料、使用更合适的工艺 资料来源:《田文超,谢昊伦,陈源明等.人工智能芯片先进封装技术[J].电子与封装,2024,24(01):21-33.》,东方财富证券研究所 美国国家标准与技术研究院发布的《国家先进封装制造计划的愿景》公布了NIST最优先投资的先进封装领域包括:①封装材料和基板,②设备、工具和工艺,③先进封装组件的电力传输和热管理,④光通信和连接器,⑤Chiplet(芯粒)生态系统,⑥多芯粒系统与自动化工具的协同设计。 图表8:美国发布《国家先进封装制造计划愿景》的优先投资领域 领域 具体描述 材料和基板 新基板必须满足一系列严格要求,以确保封装的质量和性能达到最佳水平。首先,新基