先进封装设备行业报告：AI等驱动先进封装

AI等驱动先进封装加速发展，关注优质“卖铲人” 先进封装设备深度报告： 仅供机构投资者使用证券研究报告/行业深度 研究报告 【华西机械团队】 刘泽晶：S1120520020002 2023年2月19日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 AI等驱动先进封装产业加速，HBM/CoWoS成为重要增长点。1）供给端：全球范围内，日月光、英特尔、三星、台积电等OSAT、IDM、FAB厂商龙头均积极布局先进封装，长电科技、通富微电、华天科技等OSAT龙头同样具备较强市场竞争力。此外，华为积极布局先进封装领域，有望成为先进封装产业化重要推动者 。2）需求端：AI、HPC需求放量背景下，英伟达、AMD相继推出GPU新品，HBM和CoWoS产能供给紧张，海力士、三星、台积电等扩产动力强劲，有望明显拉动2.5D/3D封装市场需求，Yole预计2027年全球先进封装市场规模有望达到572亿美元，2021-2027年CAGR约10%，具备持续扩张潜力。 先进封装技术路线快速升级，不断催生新的工艺需求。1）FC封装：核心工艺变革在于新增凸块制备，涉及光刻、涂胶显影、刻蚀等传统图形化工艺，同时对电镀铜需求度较高。2）WLP封装：为实现晶圆和凸块的电气连接，WLP封装主要新增再布线层（RDL），主要涉及光刻、涂胶显影、刻蚀、溅射沉积、电镀铜等传统制程类制备工艺。3）2.5D/3D封装：相较2D封装，硅通孔（TSV）为2.5D/3D封装核心增量技术工艺，涉及TSV刻蚀、气相薄膜沉积、电镀铜、CMP等工艺。为进一步提升器件集成度，2.5D/3D封装对于晶圆减薄技术要求明显提升，同时催生临时键合和解键合新需求，以及混合键合等高密度互联等工艺。 先进封装带动设备需求显著提升，国产设备加速实现进口替代。1）对于传统的后道设备，主要体现在技术迭代&升级，量价齐升趋势明显：（1）划片设备：光力科技并购ADT引领进口替代，激光渗透率有望快速提升；（2）键合设备：先进封装由wirebond变为diebond，倒装键合、晶圆键合需求快速放量，拓荆科技、芯源微等企业积极布局晶圆键合领域；（3）固晶设备：对于贴片的精度、效率提出更高技术要求，华封科技、快克智能、新益昌等加大先进封装固晶机布局 ，国产替代进度有望加速；（4）塑封/切筋成型设备：压塑封装工艺占比有望快速提升，文一科技和耐科装备产业化突破有望快速落地；（5）减薄设备：3D封装需求放量&堆叠层数持续增加，减薄需求大幅提升，华海清科率先实现3DIC超精密减薄产业化突破；（6）电镀设备：凸块、RDL、TSV等工艺催生新的高技术指标电镀需求，盛美上海等为国内稀有的电镀设备供应商。2）先进封装新增凸块、RDL层、TSV等图形化工艺，泛前道工艺设备需求为新增量，从订单弹性和赛道国产化率角度来看，我们认为先进封装对于光刻、涂胶显影、量/检测等赛道的拉动作用相对较大。1）光刻设备：图形化核心工艺，激光直写光刻有望对掩膜光刻实现一定程度替代，上海微电子、芯碁微装等布局领先；2）涂胶显影设备：芯源微在后道已占据较高份额，下游扩产有望带动订单弹性；3）量/检测设备 ：2.5D/3D封装催生大量新增量/检测需求，中科飞测在后道先进封装领域布局领先。此外，先进封装对于薄膜沉积设备、去胶机、刻蚀机、清洗机等需求同样为新增量，看好前道相关企业在先进封装领域的降维优势。 投资建议：AI等驱动下先进封装行业加速发展，设备需求显著提升，叠加国产替代，看好相关投资机会：1）传统后道环节：键合设备受益标的拓荆科技、芯源微；减薄设备受益标的华海清科；电镀设备受益标的盛美上海；划片设备受益标的光力科技、德龙激光、大族激光等；固晶设备受益标的新益昌、快克智能等；塑封设备受益标的耐科装备、文一科技。2）泛前道工艺设备：受益标的芯源微（涂胶显影设备等）、中科飞测（量测设备）、芯碁微装（光刻机）等。 风险提示：先进封装产业化不及预期、封测行业景气度下滑、设备新品产业化不及预期等。 AI等驱动先进封装产业加速，HBM/CoWoS成为重要增长点 一 先进封装技术路线快速升级，不断催生新的工艺需求 二 先进封装带动设备需求显著提升，国产设备加速实现进口替代 三 投资建议与风险提示 四 相较晶圆制造、IC设计，中国大陆封测产业发展较为成熟，具备较强全球竞争力。1）中观层面来看，2021年全球集成电路销售额达到4597亿美元，其中封测占比仅约为13%。对于中国大陆市场，封装测试发展较早，2004年在集成电路产业中的销售额占比高达52%，2021年下降至26%，仍明显高于全球平均水平。2）微观层面来看，长电科技、通富微电、华天科技三家封测龙头长期位居全球封测企业市占率前十名，进一步验证中国大陆封测产业的全球竞争力。 图表：2021年全球半导体产业中封装测试占比仅为13% 封装测试晶圆制造IC设计 16% 14% 17% 16% 13% 55% 57% 46% 48% 51% 29% 29% 37% 35% 36% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 20172018201920202021 100% 80% 60% 40% 20% 0% 图表：2011年以来我国半导体产业中封装测试占比快速下降 公司名称 地区 2022年全球市占率 2021年全球市占率 日月光 中国台湾 27.11% 26.90% 安靠 美国 14.06% 13.44% 长电科技 中国大陆 10.71% 10.62% 通富微电 中国大陆 6.51% 5.51% 力成科技 中国台湾 6.11% 6.59% 华天科技 中国大陆 3.85% 4.21% 智路封测 中国大陆 3.48% 3.19% 京元电子 中国台湾 2.68% 2.71% 欣邦 中国台湾 1.75% 2.18% 南茂 中国台湾 1.71% 2.20% 前十大合计 77.98% 77.55% 其他 22.02% 22.45% 晶圆制造IC设计封装测试 图表：长电科技、通富微电、华天科技稳居全球封测企业前十名 纵观芯片封装发展历史，微型化、集成化为行业发展大趋势。封装技术的发 展思路为追求芯片性能不断提高、系统微型化&集成化，大致可分为四段发展历史，2000年前依次经历了直插型封装、表面贴装、面积阵列封装三个阶段，“小型化、轻薄化、窄间距、高集成度”为主要发展趋势。在此基础上，2000年以后封装行业开始从两维向三维发展，采用堆叠、异质整合等设计理念，逐步衍生出晶圆级封装（WLP）、2.5D/3D封装等工艺技术路线。 图表：芯片封装技术发展历史大致可分为四个阶段 图：芯片封装尺寸具备向小型化迭代趋势 时间 技术路线 主流封装工艺 第一阶段（1970年之前） 元件插装：特点是用针脚引出电极连通电信号 双列直插型封装（DIP） 第二阶段（1970-1990年） 表面贴装：特点是用更细更短板的引线代替针脚，直接贴装至PCB 小外形封装（SOP）、J型引脚小外形封装（SOJ）、无引脚芯片载体（LCC）、扁平方形 封装（QFP）、针栅阵列（PGA） 第三阶段（1990-2000年） 面积阵列封装：特点是用体积更小的焊球点代替引线，通过芯片倒扣的方式进行倒装，提升封装密度 球栅阵列（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、倒装封装（FC） 第四阶段（2000年至今） 先进封装：特点是采用堆叠、异质整合（指将不同类型、功能的芯片整合在同一封装体内）等技术，从二维向三维封装发展 晶圆级封装（WLP）、系统级封装（SiP）、扇 出型封装（FO）、2.5D/3D封装、、嵌入式多芯片互连桥接（EMIB）等先进封装技术 图：芯片封装逐步向传统封装，向FC、WLP、2.5D/3D等先进封装工艺迭代 资料来源：EESemi，PSElectronic，电子发烧友，华西证券研究所绘制5 芯片性能需求持续提升背景下，先进封装有望加速渗透。核心驱动力包括： 1）从技术端来看：芯片性能提升主要依赖于增多晶体管数量（正比于芯片面积 ），但由于芯片尺寸受限于光罩极限，且良率随尺寸增大而降低，前道晶圆加工技术迭代趋于瓶颈，先进封装成为维持摩尔定律、超越光罩极限的有效方法。特别地，对于中国大陆市场，在美、日、荷相继加大设备制裁的背景下，先进制程晶圆制造产业化短期受阻，先进封装有望成为弯道超车的重要技术路线。 2）从成本端来看：随着工艺节点微缩，先进制程制造成本加速增加。Chiplet等先进封装工艺将大芯片拆解成多颗芯粒，以搭积木的形式将不同功能、不同合适工艺节点制造的芯粒封装在一起，可快速灵活开发，降低开发成本与周期。 图：芯片尺寸逐步趋于光罩极限面积 图：随着芯片面积变大，良率逐步下降 图：芯片成本随工艺节点先进性提升而快速增加 从制造工艺端来看，为持续提升集成度，先进封装从最初的倒装封装(FC)，逐步向晶圆级封装(WLP)、2.5D/3D封装等迭代。 工艺原理技术优势典型应用 倒 在I/O底板上沉积锡铅球（凸块），芯片翻转加热后，利用熔 装融的锡铅球与陶瓷机板相结合，替代传统的引线键合。 封 装 引线键合倒装键合 晶先对晶圆进行封装测试，再切割得到单个成品芯片，封装后 圆的芯片尺寸与裸片一致，包括扇入型和扇出型两大类。 级 封 装扇入型扇出型 2.5 D/3D封装 三维层面的多芯片堆叠封装工艺，将多个芯片进行堆叠封装，其中2.5D封装是将不同芯片通过中介层进行电路连接，电路连接效率更高，速度更快，3D封装是直接实现硅片或者芯片间的多层堆叠。 无引脚，缩小封装尺寸 增加I/O引脚数量 更高的电学性能、散热性能 ，突破传统封装频率上限 先封装后切割，明显降低封测后的芯片尺寸 晶圆批量处理，加工效率高 扇出型封装提高引脚数量，互联密度大幅提升 去除基板，均摊成本更低 封装尺寸和重量明显减小 多芯片集成，封装性能和带宽显著提升 有助于降低整体成本 / FOWLP（扇出型晶圆级封装） ：InFO（台积电）、eWLB（日月光）、eSiFO（华天科技）、ECP（长电科技）、安靠（SWIFT）、飞思卡尔（RCP）等 2.5D：CoWoS（台积电）、EMIB（英特尔）、I-Cube（三星）、XDFOI（长电科技）等 3D：SoIC（台积电）、Foveros （英特尔）、X-Cube（三星） 、3D-eSinC(华天科技）等 在日趋完善丰富的先进封装工艺基础上，系统级封装(SIP)、Chiplet等设计理念快速落地，进一步带动先进封装产业发展。特别地，Chiplet（芯粒）利用先进封装方法将不同工艺/功能的芯片进行异质集成，具备工艺良率高、可拓展性强、成本低，突破制造工艺限制等优势。从设计制造角度来看，Chiplet核心思想为“先分后合”，其中架构设计为“分”的关键，先进封装为“合”的关键。从产业化进展来看，Intel、AMD、Marvell等半导体龙头积极布局Chiplet领域，2022年3月Intel牵头并联合9家公司指定通用芯粒互连技术（UCIe）标准，大幅改善Chiplet产业生态，有望反向带动先进封装工艺需求放量。 SoC SiP Chiplet 图：SoC、SiP、Chiplet工艺演化，先进封装实现高密度功能模块化集成 全球范围内来看，OSAT、IDM、FAB厂均在积极布局先进封装领域。1）OSAT厂商：日月光重点布局WLP和2.5D封装，安靠重点布局SWIFT （2D）和SLIM（3D）封装；2）IDM厂商：英特尔和三星在先进封装领域的资本开支位居全球前五，其中英特尔核心技术包括EMIB（2.5D）和Foveros（3D），三星不仅涉及I-Cube（2.5D）和3DSIP封装，还在面板级封装领域具备较强竞争力。3）FAB厂商：2022年台积电在先进封装领域资本开支达到40亿美元，稳居全球第二，核心技术包括InFO（2D） 、CoWoS（2.5D）、SoIC（3D）等，成功构建“3DFabric”平台。 图：全球半导体