电子行业深度：先进封装持续演进，玻璃基板迎发展机遇

行业深度 电子 证券研究报告 先进封装持续演进，玻璃基板迎发展机遇 2024年12月17日 沃格光电 -0.02 -1175.00 -0.03 -700.06 0.30 78.57 增持 维持 深南电路 2.73 40.54 4.00 27.59 4.83 22.88 买入 评级领先大市 评级变动： 重点股票 2023A 2024E 2025E 评级 EPS（元）PE（倍）EPS（元）PE（倍）EPS（元）PE（倍） 资料来源：iFinD，财信证券 行业涨跌幅比较 52% 32% 12% -8% 2023-12 2024-03 2024-06 2024-09 % 1M 3M 12M 电子 -2.08 44.69 18.53 沪深300 -1.18 24.14 17.37 -28% 电子沪深300 投资要点： 后摩尔时代，先进封装持续演绎。封装是连接芯片内部世界与外部世 界的桥梁，为芯片提供机械保护、电气连接、机械连接和散热等功能。随着摩尔定律放缓，以及“存储墙”、“面积墙”和“功耗墙”等的制约，先进封装逐渐成为集成电路发展的关键路径和突破口，以FCBGA、SiP、FOPLP、Chiplet、2.5D/3D为代表的先进封装成为延续摩尔定律及推动产业发展的重要环节。预计未来先进封装有望具备高价值、高增长的特征。据YOLE数据，先进封装有望以约5%的数量支撑超过50%的封装市场规模。2022-2028年，全球封装市场规模有望从950亿美元增长至1433亿美元，CAGR为7.1%；其中先进封装市场规模有望从443亿美元增长至786亿美元，CAGR为10.0%。 何晨分析师 执业证书编号:S0530513080001 hechen@hnchasing.com 袁鑫研究助理 yuanxin@hnchasing.com 相关报告 1行业事件点评：台积电推进大芯片技术，芯片级玻璃基板有望受益2024-12-03 封装基板是先进封装的关键材料。基板具备提升功能密度、缩短互连 长度、进行系统重构等优势，在先进封装领域取代了传统的引线框架。目前主流的封装基板为BT和ABF基板，BT基板常用于稳定尺寸、防止热胀冷缩、改善设备良率；ABF基板可用作线路较细，适合高脚数高传输的IC，但材料易受热胀冷缩影响。受益于先进封装的发展，封装基板有望实现高增长。据Prismark数据，2024年全球封装基板市场规模有望达到131.68亿美元，2023-2028年的CAGR有望达到8.80%。 需求拉动ABF基板发展，2021年渗透率达38%。回顾先进封装基板的发展历程，1990年代CPU需求增长，有机基板得到应用。2018年的5G及HPC需求，以及后续2020年的电子产品供不应求、AI发展 等需求，加速了先进封装基板的发展。2021年，全球ABF基板市场规模占封装基板比重达38%。据YOLE数据，ABF基板市场规模在连续几年保持两位数增速后，于2021年达到47.6亿美元，占总市场规 模的38%。ABF基板目前主要由中国台湾和日本主导，2021年，中 国台湾、日本分别占有ABF市场规模的39.4%、36.8%。 玻璃基板有望成为下一代封装基板，预计2030年前实现量产。玻璃基板（GCS）在成本、性能方面具备诸多优势，包括：大尺寸超薄面 板玻璃易于获取；板级封装比晶圆级封装能一次封装更多芯片，也能避免边缘材料的损失；平整的表面支持更精细的RDL；优良的电学性能支持高速传输，也能减少损耗；与硅相近的热膨胀系数可减轻翘曲 此报告考请务必阅读正文之后的免责条款部分 带来的困扰等。玻璃基板的优势契合当前高性能计算等技术的发展需求，英特尔认为玻璃基板有望成为下一代封装基板，有望在2030年前实现量产，但长期看会与有机基板共存。玻璃基板目前仍然面临许多难题，产业链正协同发力，共同推进玻璃基板加速落地。 预计玻璃基板2029年市场规模约2.12亿美元，并有望在2035年达到60亿美元。玻璃基板目前处于前期技术导入阶段，短期市场规模存在较大不确定性。为初步估测玻璃基板可能的市场空间，我 们假设玻璃基板市场规模有望在2030年左右实现快速增长，渗透率在2040年达到35%。基于上述重点假设及其他假设条件，我们预计半导体封装用玻璃基板的渗透率有望在2035年达到20%，市场规模有望达到60亿美元，长期市场空间较大。 投资建议：我们维持对电子行业的“领先大市”评级。1）后摩尔时代，先进封装成为集成电路产业发展的关键路径和突破口，封装基板作为先进封装的关键材料，有望充分受益于芯片及封装技术的发展。有机 基板目前存在一定国产替代需求，建议关注作为国内封装基板先行者的深南电路、兴森科技等。2）玻璃基板因其优异性能，有望成为下一代封装基板。一方面，ABF基板国产化率低，同时国内外玻璃基板产业处于早期阶段，国内有望在玻璃基板领域实现追赶。另一方面，玻璃基板契合当前HPC等技术发展需要，有望在需求拉动下实现量产。技术成熟后，材料成本优势有望推动玻璃基板渗透率上行，长期市场空间广阔。建议关注布局半导体封装用玻璃基板的沃格光电。 风险提示：技术研发不及预期的风险，玻璃基产业化进程不及预期的风险，需求不及预期的风险 内容目录 1先进封装持续演进5 1.1封装是连接芯片内外部的桥梁5 1.2先进封装成为集成电路发展的关键路径7 1.3AI芯片封装体持续变大9 1.4先进封装兼具高价值与高成长10 2玻璃基板有望成为下一代封装基板11 2.1封装基板是先进封装的关键材料11 2.2ABF载板发展回顾14 2.3玻璃基板有望成为下一代封装基板15 2.4产业链协同推进玻璃基板发展19 3玻璃基板市场规模测算20 4玻璃基板相关企业22 4.1沃格光电：子公司通格微布局芯片级玻璃基板22 4.2深南电路：内资PCB龙头，发力封装基板23 5投资建议24 图表目录 图1：三级封装示意图5 图2：封装的四个主要作用5 图3：晶圆与印制电路板特征尺寸的差异变化情况6 图4：封装技术的发展趋势6 图5：甬矽电子对传统封装及先进封装的分类7 图6：集成电路的两个发展路径8 图7：制程进步与成本增长8 图8：28nm后的晶体管制造成本不再以0.7倍缩放8 图9：芯片面积发展趋势9 图10：台积电CoWoS封装发展回顾10 图11：英伟达未来AI加速器示意图110 图12：英伟达未来AI加速器示意图210 图13：2022-2028年全球封装需求量预测11 图14：2022-2028年全球封装价值量预测11 图15：根据封装种类划分的先进封装市场规模预测11 图16：引线框架封装内部示意图12 图17：FCBGA封装基板的成本结构12 图18：WB与FC内部示意图13 图19：2024年全球PCB产值预测14 图20：2023-2028全球PCB产值CAGR预测14 图21：2021年全球ABF与非ABF基板市场规模情况（亿美元）15 图22：2021年ABF基板市场份额分区域情况15 图23：有机基板与玻璃基板示意图16 图24：玻璃基板封装体三维示意图16 图25：使用玻璃中介层与玻璃基板的封装示意图16 图26：英特尔关于封装基板发展的历史总结17 图27：玻璃基板与有机基板比较的优势18 图28：玻璃转接板工艺流程示意图19 图29：通格微TGV玻璃通孔技术能力23 图30：通格微TGV工艺能力23 图31：通格微高精密布线技术23 图32：深南电路FC-CSP工艺展示24 表1：集成电路封装发展阶段6 表2：BT与ABF载板特征13 表3：先进封装基板发展回顾14 表4：不同基板核心材料各项性质对比17 表5：晶圆与面板面积对比17 表6：11、12月部分玻璃基板有关事件梳理20 表7：半导体封装用玻璃基板市场规模测算21 1先进封装持续演进 1.1封装是连接芯片内外部的桥梁 电子封装技术可分为0级封装到3级封装等四个不同等级。0级封装，负责将晶圆切割出来；1级封装，本质上是芯片级封装；2级封装，负责将芯片安装到模块或电路卡上；3级封装，将附带芯片和模块的电路卡安装到系统板上。在半导体行业，半导体封装 一般仅涉及晶圆切割和芯片级封装工艺。本报告讨论内容为半导体封装，是指将制备合格的芯片、元件等装配到载体上，采用适当连接技术形成芯片与外部的电气连接，安装保护壳，最终构成有效组件的过程。封装是连接芯片内部世界与外部系统的桥梁。 封装的主要作用包括机械保护、电气连接、机械连接和散热。1）机械保护。芯片的主要材质是硅，非常易碎，将芯片和器件密封在环氧树脂模塑料（EMC）等封装材料中， 保护它们免受物理性和化学性损坏。2）电气连接。系统和芯片之间通过封装实现电气连接，进而为芯片供电，同时为芯片提供信号的输入和输出通路。3）机械连接。通过封装将芯片可靠地连接至系统，确保使用时芯片和系统之间连接良好。4）散热。半导体产品 工作过程中，电流通过电阻会产生热量，此时需要通过封装将热量迅速散发出去。随着半导体产品的功能日益增多，封装的冷却功能也越发重要。 图1：三级封装示意图图2：封装的四个主要作用 资料来源：SKhynix资料来源：SKhynix 封装的发展趋势：高速信号传输、散热、小型化、低成本、高可靠性、堆叠。SKhynix总结了近年来半导体封装技术的六大发展趋势，主要包含高速信号传输、散热、小型化、低成本、高可靠性与堆叠。在高速信号传输时，将一个速度达每秒20千兆的半导体芯片 或器件连接至仅支持每秒2千兆的半导体封装装置时，系统感知到的半导体速度将为每 秒2千兆。由于连接至系统的电气通路是在封装中创建，因此无论芯片的速度有多快，半导体产品的速度都会极大地受到封装的影响。这意味着，在提高芯片速度的同时，还需要提升半导体封装技术，从而提高传输速度。 特征尺寸差异扩大是封装发展的动力之一。20世纪70年代，印制电路板与晶圆的特征尺寸差异较小。随着晶圆制造技术的持续发展，其特征尺寸已进入10nm以内，而印 制电路板的特征尺寸仍在100微米级别。两者特征尺寸的差距在过去几十年里显著扩大。由于芯片需要通过封装安装在印制电路板上，因此封装需要弥补印制电路板和晶圆之间的尺寸差距。当两者特征尺寸差异不大时，可以使用双列直插式封装（DIP）或锯齿型单 列式封装（ZIP）等引线框架封装。随着差异的不断扩大，先是发展到薄型小尺寸封装 （TSOP）等表面贴装技术（SMT），随后球栅阵列（BGA）、倒片封装、扇出型晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）及硅通孔（TSV）等封装技术相继问世，以弥补晶圆和主板之间不断扩大的尺寸差异。 图3：晶圆与印制电路板特征尺寸的差异变化情况图4：封装技术的发展趋势 资料来源：SKhynix资料来源：SKhynix 表1：集成电路封装发展阶段 阶段时间封装技术具体典型的封装形式 第一阶段 20世纪70 年代以前 20世纪80 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） 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 第二阶段 第三阶段 年代以后 20世纪90 年代 表面贴装型封装 球栅阵列封装 （BGA） 芯片级封装 （CSP） 形表面封装（SOP）、无引线四边扁平封装（PQFN）、小外形晶体管封装（SOT）、双边扁平无引脚封装（DFN） 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） 晶圆级封装（WLP） 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 第五阶段 20世纪末开始 21世纪前 10年开始 多芯片组封装多层陶瓷基板（MCM-C）、多层薄膜基板（MCM-D）、多层印制板（MCM-L） 系统级封装（SiP）三维立体封装（3D） 芯片上制作凸点（Bumping）微电子机械系统封装（MEMS）