半导体封测行业分析之一——封测行业介绍

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【注】本文为封装系列文章第一篇,主要分析行业情况,后续对主要公司进行分析。

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一、封测行业概览

封测行业未来行业整体呈个位数增长,中国增速高于海外,先进封装增速更高

根据Yole数据,全球封测市场规模稳步增长,2022年为815亿美元,2026年有望提升到961亿美元左右,对应行业整体CAGR达4.2%。中国作为全球最大的芯片消费国,对于封测的需求也日益增加,据中国半导体行业协会及集微咨询数据,2021/2022年市场规模分别为2763/2901亿元,2013-2022年CAGR为11.4%;据前瞻产业研究院预测,2026年有望提升至4419亿元,中国封测市场2022-2026年CAGR约11.1%

在封测市场中,先进封装又为主要成长动能,市场规模每年都在快速增长,根据Yole的数据,2016-2021年全球先进封装市场规模CAGR达7.9%,2021年市场规模为321亿美元,预计在2026年达到522亿美元的规模,先进封装对应2022-2026年CAGR高达9.2%,高于传统封装市场增速。此外Yole预计到2026年,先进封装市场将会追赶上传统封装的规模,占整体规模比例的50%。

图1:封测行业规模,资料来源:Yole

图2:先进封测和传统封测占比,资料来源:Yole

图3:中国封测行业规模,资料来源:Yole

图4:2022年封测IDM和OSAT市场结构(亿美元),资料来源:Yole

图5:封测产业链全球分布,资料来源:Yole

图6:第三方封测厂排名,资料来源:芯思想

图7:主要封测厂介绍

二、传统封装和先进封装

封装是把晶圆厂生产出来的集成电路裸片(Die)放到一块起承载作用的基板上,用引线将Die上的集成电路与管脚互连,再把管脚引出来,然后固定包装成为一个整体,可以起到保护芯片的作用。

封装朝小型化、多引脚、高集成目标持续演进。封装历史发展大概分为五阶段,目前市场主流封装形式仍以第三阶段为主流,BGA和CSP等主要封装形式进入大规模生产阶段。先进封装位于整个封装技术发展的第四阶段及第五阶段,I/O 数量多、芯片相对小、高度集成化为先进封装特色。

图8:封装发展历程和趋势

传统封装,通常是指先将圆片切割成单个芯片,再进行封装的工艺形式。主要包含SIP、DIP、SOP、SOT、TO、QFP、QFN、DFN、BGA等形式。封装形式主要是利用引线框架作为载体,采用引线键合互连的形式。

先进封装,是指近年来革新后的封装形式,自20世纪90年代中期之后,集成电路封装体的外观(形状、引脚样式)并未发生重大变化,但其内部结构发生了三次重大技术革新,分别为:倒装封装(Flip Chip)、系统级封装(SiP)和晶圆级封装(WLCSP)

图9:传统封装技术举例和解释

图10:先进封装中的倒装、系统级封装、晶圆级封装,资料来源:CSDN

先进封装主要有四个要素,分别为Bumping、RDL、Wafer、TSV。

1)Bump:起到界面之间电器连接和应力缓冲的作用,主要应用于倒装(FlipChip)工艺中。凸点间距的减小和凸点密度的提升可以带动带宽和功耗双提升,目前凸点间距已经发展到了最小5微米。

2)RDL:用于XY平面的电气延伸和互联,对IO端口进行重新布局,对连线路径重新规划,落到希望的区域,也可以获得更高的触点密度。

3)Wafer:在晶圆上制作硅基板实现2.5D集成,或者用于WLP晶圆级封装,作为WLP的承载晶圆。

4)TSV:Z轴电器延伸和互联的作用,主要用于2.5D封装或3D封装,其中2.5DTSV指的是硅转接板Interposer上的TSV,3D TSV指的是贯穿芯片体之中、连接上下层芯片的TSV。

上述技术均是为了缩小封装尺寸、处理不同尺度之间的信息交流、增加芯片与外界交流信息的能力。

图11:先进封装四要素,资料来源:21IC电子网

图12:封装技术和应用领域,资料来源:21IC电子网

图13:Bumping技术发展历程,从锡到铜触点

图14:RDL技术重新布线,将芯片中进出的信号引到不同的地方

图15:Wafer to Wafer混合键合,将两片晶圆贴合

图16:TSV技术,代替从外部打线,在垂直方向上传递信号

三、CoWoS封装——各类最先进封装技术的集成

CoWoS封装:是指以硅基板作为中介层的先进封装技术。

CoWoS(Chip On Wafer On Substrate)是一种2.5维的整合生产技术,先将芯片通过Chip on Wafer(CoW)的封装制程连接至硅晶圆,再把CoW芯片与基板(Substrate)连接,整合成CoWoS。

台积电2012年就开始量产CoWoS,通过这种芯片间共享基板的封装形式可以把多颗芯片封装到一起,平面上的裸芯片通过一种Silicon Interposer互联,达到了封装体积小,功耗低,引脚少的效果

CoWoS 的主要优势是节约空间、增强芯片之间的互联性和降低功耗。由于CoWoS中设计TSV、Interposer等制程较小的结构,因此台积电作为前道工艺晶圆厂在生产CoWoS产品上具有优势。

图17:CoWoS示意图,资料来源:台积电

图18:CoWoS截面图,可以看到RDL、TSV、Bumping

CoWoS-S(传统的CoWoS):通过在作为中介层的硅基板上形成高密度布线和硅通孔(TSV),可以在硅芯片之间紧密放置并传输高速信号

CoWoS-R(RDL Interposer):使用重新布线层(RDL)作为中介层。

CoWoS-L(Local Silicon Interconnect and RDL Interposer):使用小芯片(chiplet)和RDL作为中介层。

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未完待续

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04-27 23:20

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