当前全球半导体先进制程速度放缓，芯片性能提升难度加剧，产业发展面临“存储墙”和“功能墙”等问题。

先进封装是解决芯片封装小型化、高密度等问题的关键途径，正在成为集成电路重要发展趋势。

受益于AI、数据中心和汽车电子等下游强劲需求，全球行业内各大厂商已将目光投向先进封装技术。

据Yole的数据，先进封装领域资本开支将从2023年的99亿美元提高至2024年的115亿美元。全球先进封装市场的规模预计将从2023年的378亿美元增长至2029年的695亿美元，复合年增长率达到10.7%。

资料来源：Yole

01  半导体芯片封装行业概览

芯片封装是芯片制造的关键环节，是指用特定材料和工艺技术对芯片进行安放、固定和保护芯片性能，并将芯片上的接点连接到封装外壳上，实现芯片内部功能的外部延伸。

半导体封装工艺示意图：

封装技术演进的本质为实现更高密度的集成、减小面积浪费、提高元器件反应速度。

随着集成电路工艺制程的持续突破，封装行业已实现从传统封装到先进封装的跨越。

传统封装主要是指先将晶圆切割成单个芯片再进行封装的工艺，利用引线框架作为载体，采用引线键合互连的形式进行封装，主要包括 DIP、SOP、SOT、TO、QFP 等封装形式。其主要功能是为芯片提供机械保护，以及确保机械和电气连接的稳定性等。

先进封装主要是采用键合互连并利用封装基板来实现的封装技术，应用先进的设计思路和先进的集成工艺，对芯片进行封装级重构，能实现芯片更紧密集成。

先进封装提升集成密度：

资料来源：Yole 《Advanced packaging market and technology trend 》

先进封装技术能在不单纯依靠芯片制程工艺实现突破的情况下，通过晶圆级封装和系统级封装，提高产品集成度和功能多样化，满足终端应用对芯片轻薄和高性能的需求，同时大幅降低芯片成本。

传统封装和先进封装示意图：

资料来源：行行查

02  先进封装行业概览

先进封装主要包括倒装芯片（FlipChip，FC）封装、晶圆级封装（Wafer LevelPackage，WLP）、2.5D 封装、3D 封装等。

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芯片封装，逐步向晶圆级封装迭代。

晶圆级封装的技术优势是先封装后切割，明显降低封测后的芯片尺寸。能够实现更大的带宽、更高的速度与可靠性以及更低的功耗，适合移动消费电子产品、高端超级计算机、人工智能和物联网设备的芯片封装。

当前先进封装向系统集成、高速、高频、三维方向发展，2.5/3D封装增速领先。

2.5D/3D封装尺寸和重量明显减小，由多芯片集成，封装性能和带宽显著提升，有助于降低整体成本。

2.5D和3D封装图示：

资料来源：SemiWiki

2.5D封装将处理器、存储等若干芯片并列排布在中介层上，利用RDL、硅桥、硅通孔（TSV）等技术实现更高密度的互联。

台积电 CoWoS系列即采用 2.5D 封装，为FPGA、GPU 等高性能产品集成提供解决方案。

目前最有代表性且已经实现大规模量产的先进封装是采用台积电CoWoS封装形式的英伟达GPU芯片。

3D 封装是多个芯片垂直堆叠，利用TSV贯穿整个芯片进行电气连接，并直接与基板相连。该技术最早在CMOS图像传感器中应用，目前可用于DDR、HBM 等存储芯片封装中，技术难度最高。

先进封装的关键技术节点因封装形式的不同而有所差异。一般来说，判断各家封装厂3D封装技术能力的好坏，TSV Diameter、I/O Pitch、RDL-LS的精度等是重要的标准。

03  先进封装技术路径

先进封装主要由两条应用驱动的技术路径，两条技术路径同时发展应用。

一方面是通过提升互联密度；另一方面封装系统从少量大芯片改用为数量多但尺寸更小的 Chiplet作为基本单位。

Chiplet（芯粒）技术能够有效提升良率并降低成本，增加先进封装技术用量。

其诞生于多芯组装技术，是一种将复杂芯片拆分成多个小型、独立且可复用的模块的设计方法。

Chiplet包含FC-BGA/2.5D/3D封装技术，将不同工艺、不同材料、不同功能的 芯片集成在一起，提供更灵活的设计选择。

2022年3月，英特尔、AMD、ARM、高通、三星、台积电、日月光、Google Cloud、Meta和微软等公司联合推出“UniversalChipletInterconnect Express”（通用芯粒互连，简称“UCIe”），作为Die-to-Die互连标准，主要 目的是统一Chiplet之间的互连接口标准，打造一个开放性的Chiplet生态系统。

UCIe联盟成员：

04  先进封装市场格局

半导体企业的经营模式分为IDM（垂直整合制造）和垂直分工两种主要模式。

IDM模式企业内部完成芯片设计、制造、封测全环节，具备产业链整合优势。

垂直分工模式芯片设计、制造、封测分别由芯片设计企业（Fabless）、晶圆代工厂（Foundry）、封测厂（OSAT）完成，形成产业链协同效应。

半导体企业的主要经营模式：

在先进封装领域，晶圆厂和封测厂均积极布局，相互之间既有竞争也有合作。

晶圆厂依靠前道工艺优势入局先进封装，其中，台积电、英特尔 和三星等晶圆厂优势突出。

典型工艺的布局包括：

2.5D：CoWoS（台积电）、EMIB（英特尔）、I-Cube（三星）等；

3D：SoIC（台积电）、Foveros（英特尔）、X-Cube（三星）等。

前五大玩家先进封装收入：

台积电是先进封装技术创新的引领者之一，早在2008年便成立集成互连与封装技术整合部门入局先进封装，目前已形成CoWoS、InFO、SoIC技术阵列。近年来，台积电每年资本开支中约10%投入先进封装、测试、光罩等。

CoWoS是台积电推出的一种2.5D封装技术，其中“CoW”指芯片堆叠; “WoS”则是将芯片堆叠在基板上。

根据应用的不同，台积电将CoWoS封装技术细分为三种类型：CoWoS-S、CoWoS-R以及CoWoS-L。

英伟达H100、A100、B100、B200都采用了台积电CoWoS封装技术。

苹果自iPhone 7 A10处理器之后A处理器均采用台积电InFO封装。

TrendForce预计台积电2024年CoWos总产能增长150%，年底达到月产能接近40K，2025年再增长7成，其中英伟达需求占比近半。

台积电先进封装技术：

资料来源：台积电官网

英特尔推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等先进封装技术，通过2.5D、3D和埋入式3种异质集成形式实现互连带宽倍增与功耗减半的目标；英特尔希望到2030年实现单个封装中集成1万亿个晶体管的目标。

三星电子提供2.5D封装I-Cube、3D封装X-Cube等，2022年12月在半导体业务部门内成立先进封装（AVP）业务团队，2024年7月AVP业务团队重组为AVP开发团队，以加强2.5D、3D等先进封装技术。

基于封装技术的参与者画像（半导体封测头部大厂在先进封装领域的技术节点）：

资料来源：Yole

相比传统封装，先进封装不仅需求增速更高，在产业链中的价值占比也更高。

因此，传统OSAT（委外半导体封测）也大力发展先进封装以获取价值增量。

2023年前六大OSAT厂商约41%资本开支投向了先进封装。

国内封测企业按照技术储备、产品线情况、先进封装收入占比等指标，一般可分为三个梯队：

第一梯队企业已实现第三阶段焊球阵列封装（BGA）、栅格阵列封装（LGA）、芯片级封装（CSP）稳定量产，且具备全部或部分第四阶段封装技术量产能力（如SiP、Bumping、FC），同时已在第五阶段晶圆级封装领域进行了技术储备或产业布局（如TSV、Fan-Out/In）。

中国大陆独立封测第一梯队代表企业有长电科技、通富微电、华天科技等，三家厂商在2023年全球前十大OSAT（封测企业）排名中，分别占据了第三、第四、第六的位置。

此外国内一些新兴的封测厂近年来也在不断地在先进封装领域投资扩产。

相对于半导体制造的其他环节，封测的进入壁垒相对较低，作为全球最大的半导体消费市场，这也为中国企业提供了更多的发展机会。

资料来源：芯思想

05  先进封装设备

在先进封装技术中，核心设备对于实现先进封装技术的高性能、高可靠性和小型化至关重要，当前仍然面临较紧迫的国产化替代任务。

COW倒装固晶、CMP、电镀、临时键合与解键合、量检测以及光刻是核心的制造环节，在生产线上所需的设备价值量总计达到47.9%。

先进封装各环节价值量拆分：

数据来源：各公司公告、开源证券、行行查

此外，区分传统封装及先进封装的关键在于加工工序是否涉及光刻环节。

先进封装光刻机主要技术路径有投影式光刻及直写光刻，通常使用步进式光刻机。

根据公开资料显示，国内厂商中的上海微电子等企业实现了晶圆级封装掩模光刻设备的产业化并占据了一定的市场份额。

上海微电子装备集团的新一代SSB500系列步进投影光刻机，包括Flip Chip、Fan-In、Fan-Out WLP/PLP和2.5D/3D等先进封装形式，可满足Bumping、RDL和TSV等制程的晶圆级/方板级光刻工艺需求。

先进封装对光刻、刻蚀等晶圆级设备精度等性能的要求低于前道工艺。国产前道设备厂商向先进封装领域布局属于技术降维，根据公司公告和公开资料显示，如华海清科（CMP设备）、盛美上海（电镀）、芯源微（涂胶显影、临时键合与解键合）、中微公司（TSV深硅刻蚀）、拓荆科技（混合键合设备）等是该领域主要布局厂商，未来在国内先进封装产线有望占据较高份额。

前道制程技术节点向2纳米前进，但封装段互联间距仍处于微米级:

资料来源：Yole

半导体先进封装上下游各环节布局厂商众多，除先进封装设备外，近年来各类材料及技术厂商也加速参与到产业链布局。例如，晶方科技（晶圆级硅通孔TSV封装技术）、壹石通（Low-α 射线球形氧化铝材料）、英诺激光（ABF和玻璃等材料）、德邦科技（晶圆固定/导电等方案）、景嘉微（有先进封装测试生产线）、江化微（二氧化硅蚀刻液）、上海新阳（先进封装用电镀液）、迈为股份（封装工艺整体解决方案）等。

在当前AI等新兴领域的带动下，移动和消费类、电信和基础设施以及汽车等终端市场需求的强劲增长，先进封装市场快速增长，产业链各细分环节都有望迎来国产替代广阔机遇。

来源：《乐晴智库精选》

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