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2023集成電路行業(yè)先進封裝成為行業(yè)競爭趨勢
集成電路封測包含封裝和測試兩個環(huán)節(jié)。其中封裝是將通過測試的晶圓加工得到獨立芯片的過程,使電路芯片免受周圍環(huán)境的影響,起著保護芯片、增強導熱(散熱)性能、實現電氣和物理連接、功率分配、信號分配,以溝通芯片內部與外部電路的作用,它是集成電路和系統(tǒng)級板如印制板(PCB)互連實現電子產品功能的橋梁,主要有電氣特性的保持、芯片保護、應力緩和及尺寸調整配合四大功能。
測試主要是對芯片產品的性能和功能進行測試,并挑選出功能、性能不符合要求的產品,主要有直流參數測試、交流參數測試 、功能項目測試、混合信號模塊測試、模擬模塊測試 、射頻模塊測試、
隨著下游終端電子產品需求的提升和下游廠商備貨庫存的提高,全球集成電路封裝測試市場規(guī)模增長顯著,由2016年的516億美元增長至2020年的591億美元。未來,隨著5G通信、AI、大數據、自動駕駛、元宇宙、VR/AR等技術不斷落地并逐漸成熟,全球集成電路產業(yè)規(guī)模將進一步提升,從而帶動集成電路封測行業(yè)的發(fā)展,預計2022年全球集成電路封裝測試市場規(guī)模將達733億美元。
近年來,中國封測企業(yè)通過海外并購快速積累先進封裝技術,先進封裝技術已與海外廠商同步,但先進封裝產品的營收在總營收的占比與中國臺灣及美國封測巨頭企業(yè)存在一定差距。國內封測龍頭企業(yè)江蘇長電進入全球前三,市占率達14.0%。
制造方面,近年來受益于集成電路產業(yè)加速向中國大陸轉移,集成電路進口替代也將加快步伐。根據國家統(tǒng)計局的數據, 2021 年我國集成電路總生產量從 2011 年的 761.80 億塊增長至的 3,594.30 億塊,年復合增長率為 16.78%;2022年1-2月我國集成電路產量達573.3億塊。而作為對照,2021年國內集成電路進口金額從 2011 年的 1,701.99 億美元增長4,325.54 億美元,年復合增長率為 4.42%。可見近年來我國集成電路生產速度快于集成電路進口增長速度,表明我國集成電路行業(yè)國產替代速度加快,集成電路生產量不斷提高,已部分實現國產替代。
在集成電路制程方面,“摩爾定律”認為集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。長期以來,“摩爾定律”一直引領著集成電路制程技術的發(fā)展與進步,自1987年的1um制程至2015年的14nm制程,集成電路制程迭代一直符合“摩爾定律”的規(guī)律。但2015年以后,集成電路制程的發(fā)展進入了瓶頸,7nm、5nm、3nm制程的量產進度均落后于預期。隨著臺積電宣布2nm制程工藝實現突破,集成電路制程工藝已接近物理尺寸的極限,集成電路行業(yè)進入了“后摩爾時代”?!昂竽枙r代”制程技術突破難度較大,工藝制程受成本大幅增長和技術壁壘等因素上升改進速度放緩。由于集成電路制程工藝短期內難以突破,通過先進封裝技術提升芯片整體性能成為了集成電路行業(yè)技術發(fā)展趨勢。
隨著5G通信技術、物聯網、大數據、人工智能、視覺識別、自動駕駛等應用場景的快速興起,應用市場對芯片功能多樣化的需求程度越來越高。在芯片制程技術進入“后摩爾時代”后,先進封裝技術能在不單純依靠芯片制程工藝實現突破的情況下,通過晶圓級封裝和系統(tǒng)級封裝,提高產品集成度和功能多樣化,滿足終端應用對芯片輕薄、低功耗、高性能的需求,同時大幅降低芯片成本。因此,先進封裝在高端邏輯芯片、存儲器、射頻芯片、圖像處理芯片、觸控芯片等領域均得到了廣泛應用。
系統(tǒng)級封裝可以把多枚功能不同的晶粒(Die,如運算器、傳感器、存儲器)、不同功能的電子元器件(如電阻、電容、電感、濾波器、天線)甚至微機電系統(tǒng)、光學器件混合搭載于同一封裝體內,系統(tǒng)級封裝產品靈活度大,研發(fā)成本和周期遠低于復雜程度相同的單芯片系統(tǒng),日益成為先進封裝市場增長的重要動力。
傳統(tǒng)WB工藝,芯片通過金屬線鍵合與基板連接,電氣面朝上;倒裝芯片工藝是指在芯片的I/O焊盤上直接沉積,或通過RDL布線后沉積凸點,然后將芯片翻轉,進行加熱,使熔融的焊料與基板或框架相結合,芯片電氣面朝下。與WB相比,FC封裝技術的I/O數多;互連長度縮短,電性能得到改善;散熱性好,芯片溫度更低;封裝尺寸與重量也有所減少。與應用FC技術的SiP芯片不同,FC芯片的沉積凸點更多,密度更大,大大減小了對面積的浪費。相比應用FC技術的SiP芯片來說,FC芯片有著諸多的優(yōu)勢,比如更小的封裝尺寸與更快的器件速度。