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AI和高性能計算機發展推動全球先進封裝行業需求增長 各大封測廠商紛紛布局

1、封裝技術向高密度方向發展,先進封裝應運而生

封裝技術的發展思路為追求芯片性能不斷提高、系統微型化&集成化,大致可分為四段發展歷史,2000年前依次經歷了元件插裝、表面貼裝、面積陣列封裝三個階段,“小型化、輕薄化、窄間距、高集成度”為主要發展趨勢,全球封裝行業進入先進封裝時代。

資料來源:《先進封裝技術的發展與機遇》,觀研天下數據中心整理

先進封裝勢在必行存在兩大驅動因素:一為技術必要性;二為成本必要性。

技術方面,隨著芯片傳統封裝已不能滿足以人工智能、高性能計算為代表的新需求,先進封裝技術應運而生,形成獨特的中道工藝。先進封裝也稱為高密度封裝,具有引腳數量較多、芯片系統較小和高集成化的特點。

成本方面,高性能的芯片對集成度要求更高,需要更小的工藝節點,但也伴隨著成本的快速上升,相比于采用 45nm 節點制造的 250 平方毫米芯片,采用 16nm 工藝節點后,每平方毫米的成本增加了 1 倍以上; 而采用 5nm 工藝后,成本將增加 4~5 倍。與此同時,先進封裝仍處于相對高成本效益的階段。

資料來源:《先進封裝技術的發展與機遇》,觀研天下數據中心整理

2、AI及高性能計算機市場快速發展,對先進封裝需求快速上升

從上文可知,先進封裝對比傳統封裝在技術和成本方面具有較大優勢,而隨著高性能計算機和AI技術的普及,下游市場對芯片的性能需求和數量需求不斷擴大,從而刺激先進封裝市場快速增長。

以SK海力士為例,SK海力士憑借業界領先的TSV堆疊技術引領了市場發展,這其中包括HBM封裝存儲器解決方案,以及用于服務器的高密度存儲器(HDM)三維堆疊技術。同時,海力士持續迭代封裝技術,研發了批量回流模制底部填充、混合鍵合、扇出型晶圓級封裝等技術,以進一步提升了HBM的堆疊層數。

四代HBM規格比較(以SK海力士產品為例)

類別 HBM1 HBM2 HBM2E HBM3
帶寬 128GB/s 307GB/s 460GB/s 819GB/s
堆疊高度 4層 4層/8層 4層/8層 4層/12層
容量 1GB 4GB/8GB 8GB/16GB 16GB/24GB
I/O速率 1Gbps 2.4Gbps 3.6Gbps 6.4Gbps

資料來源:海力士,觀研天下數據中心整理

數據顯示,2023年全球先進封裝行業市場規模已經達到400億美元,同比增長5.8%。2021年后,隨著高性能計算機和AI芯片需求的快速增長,先進封裝行業市場規模增速明顯提高。

資料來源:《中國集成電路封測產業白皮書》,觀研天下數據中心整理

另外,從全球封裝行業市場總體結構來看,2023年先進封裝市場份額已經超過48%,達到48.8%,2019年全球先進封裝市場份額只有45.6%,可見先進封裝市場表現要優于傳統封裝市場,這和上文所述觀點表現一致。

資料來源:《中國集成電路封測產業白皮書》,觀研天下數據中心整理

3、全球各大封測廠商紛紛布局先進封裝

根據觀研報告網發布的《中國先進封裝行業發展趨勢分析與投資前景研究報告(2024-2031年)》顯示,隨著先進封裝在半導體市場的地位越來越重要,全球各大封測廠商都開始著手布局該領域。日月光、安靠科技、英特爾、三星電子、臺積電和聯華電子等都已經具備較為成熟的先進封裝技術,具體如下:

各大封測廠商紛紛布局先進封裝領域

廠商 封裝技術 重點布局
ASE 日月光 FOWLP扇出晶圓級封裝MEOL 2.5D 中段制程FOCoS 封裝 日月光擁有高密度的晶圓對接解決方案,可將不同的組件集成在一個硅片上,以實現更小、更緊湊的系統結構,提高通信效率、節約成本,并使用現有的倒裝芯片封裝技術快速提供手機、平板電腦和服務器產品的上市進程。近期聯合西門子推出三維封裝一體化設計平臺。
Amkor 安靠科技 SWIFT 封裝SLIM 封裝 安靠芯片級封裝工藝制成的系統級電子封裝可以做到更薄的復合材料疊層、更小的線寬和線間距以及更高的集成度。能為客戶提供比基于硅通技術的 2.5D或3D成本更低的選項。
Intel 英特爾 EMIB 嵌入式多芯片互聯橋接Foveros 三維邏輯芯片封裝 Intel 將不同工藝、結構、用途的芯片進行整合,為設計人員提供更大的靈活性。在chiplet 和異質集成領域積極布局,具備高帶寬、低功耗,以及更高的I/O密度。
Samsung 三星電子 FOPLP扇出型面板級封裝I-Cube封裝3D SiP三維系統級封裝 三星的面板級封裝競爭力強,面向 5G、AI、自動駕駛和服務器等高性能計算需求,實現多片高密度集成并保障存儲器和邏輯芯片之間高速數據傳輸。結合自身2.5D/3D封裝布局,爭取 AI、高效能運算(HPC)等ASIC委托設計及量產訂單。
TSMC 臺積電 InFO整合扇出型封裝CoWoS基板上晶圓上晶片封裝SoIC系統整合晶片封裝WoW晶圓堆疊封裝 臺積電在先進封裝領域發展迅速并具有市場前瞻性。在移動運算、物聯網、汽車及高效能運算等領域持續發展以滿足多樣化市場需求。臺積電現整合旗下SoIC.InFO及CoWoS等3DIC 技術平臺,并命名為“3D Fabric"。
UMC 聯華電子 TSV Interposer硅通孔中介層MCP/SiP多片系統級封裝 聯華電子是 2.5D封裝硅中介層的主要供應商,近來與美國Xperi公司合作,為各種集成電路器件提供低溫鍵合技術(ZiBond)和直接鍵合互連(DBI)技術,并不斷優化與推進商業化進程。

資料來源:各公司公告,觀研天下數據中心整理

從先進封裝市場競爭格局來看,全球先進封裝市場主要集中在日月光、安靠科技、臺積電、三星電子、英特爾、索尼等臺灣地區、日韓等企業,國內只有長電科技市場份額排名靠前。同時行業的CR6超過70%,可見行業正處于快速爆發前期。

資料來源:觀研天下數據中心整理

4、先進封裝設備行業未來發展趨勢

先進封裝行業發展趨勢表現為多個方面的持續進步和變革:

(1)技術創新:隨著科技的不斷發展,先進封裝行業將繼續推進技術創新,提高封裝效率和性能。例如,未來的先進封裝可能會采用更先進的材料、更精細的工藝和更高效的設備,以滿足市場對于小型化、高性能和高可靠性芯片的需求。

(2)多元化應用:先進封裝技術將越來越廣泛地應用于各個領域,如人工智能、高性能計算、物聯網、醫療技術等。這些領域對于封裝技術的需求將推動先進封裝行業的快速發展。

(3)綠色環保:隨著全球環保意識的提高,先進封裝行業將更加注重綠色環保,推動綠色封裝技術的發展。例如,采用環保材料、減少能源消耗和廢棄物排放等,將成為先進封裝行業發展的重要方向。

(4)智能化和自動化:隨著工業4.0和智能制造的快速發展,先進封裝行業也將逐步實現智能化和自動化生產。這將有助于提高生產效率、降低成本、提高產品質量,并推動先進封裝行業的轉型升級。

5、中國先進封裝行業相關企業

隨著先進封裝逐步成為市場新熱點,國內相關企業也開始布局先進封裝領域,從上游的先進封裝材料和先進封裝設備以及中游的先進封裝方案企業,都有企業涉足。

中國先進封裝行業相關企業

/ 細分市場 相關企業
1 先進封裝材料 興森科技、深南電路、生益科技、華正新材、天承科技、宏昌電子
2 先進封裝設備 上海微電子、芯碁微裝、華海清科、盛美上海、文一科技、耐科裝備、新益昌、華封科技、艾科瑞思、快克智能、拓荊科技、光力科技、德龍激光、大族激光、邁為股份等
3 先進封裝方案 潤欣科技、通富微電、甬矽電子、長電科技、華天科技、晶方科技

資料來源:觀研天下數據中心整理

(1)華海清科

華海清科在3D封裝領域率先實現突破,減薄拋光一體機Versatile-GP300是業內首次實現 12 英寸晶圓超精密磨削和 CMP全局平坦化的集成設備,可穩定實現12英寸晶圓片內磨削TTV<1μm,滿足3D IC對超精密磨削,填補國內超精密減薄技術領域的空白。2023年5月華海清科Versatile-GP300 量產機臺出機發往集成電路龍頭企業,產業化取得重要突破。

(2)芯碁微裝

WLP系列產品主要用于RDL工藝,可覆蓋FC、Fan-In WLP、Fan-Out WLP 和 2.5D/3D 等先進封裝領域,其中WLP 2000直寫光刻設備于2019年底推向市場,為國內首款針對晶圓級先進封裝量產應用的直寫光刻設備,量產分辨率低至2微米,各項性能指標已達到國際先進水平。從產業化進展來看,2022年9月公司首臺WLP2000機臺成功發運昆山龍頭封測工廠,2024年2月實現中國大陸頭部先進封裝客戶的連續重復訂單交付,產業化進展行業領先。

(3)天承科技

公司目前主要聚焦在 RDL 和 bumping,應用的基礎液和電鍍添加劑已經研發完成。其中,RDL 應用的基礎液和電鍍添加劑已經進入了終端客戶最終驗證階段。此外,公司正全力推動 TSV 相關的基礎液和電鍍添加劑產品研發進程,同時大馬士革電鍍液也正處于積極研發的過程中。(fsw)

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另外,從全球封裝行業市場總體結構來看,2023年先進封裝市場份額已經超過48%,達到48.8%,2019年全球先進封裝市場份額只有45.6%,可見先進封裝市場表現要優于傳統封裝市場,這和上文所述觀點表現一致。

2024年03月01日
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