半導體先進封裝工藝與設備研究一、先進封裝簡介：方向明確，景氣向上1.1摩爾定律逼近極限，先進封裝應運而生封裝是指將生產加工后的晶圓進行切割、焊線塑封，使電路與外部器件實現(xiàn)連接，并為半導體產品提供機械保護，使其免受物理、化學等環(huán)境因素損失的工藝。半導體封裝技術發(fā)展歷程：

第一階段（20世紀70年代之前）通孔插裝時代：典型的封裝形式包括最初的金屬圓形(TO型)封裝、雙列直插封裝(DIP)等；

第二階段（20世紀80年代以后）表面貼裝時代：從通孔插裝型封裝向表面貼裝型封裝的轉變，從平面兩邊引線型封裝向平面四邊引線型封裝發(fā)展;第三階段（20世紀90年代以后）面積陣列封裝時代：從平面四邊引線型向平面球柵陣列型封裝發(fā)展，引線技術從金屬引線向微型段焊球方向發(fā)展。先進封裝應運而生：在“后摩爾時代”，行業(yè)從過去著力于晶圓制造技術節(jié)點的推進，逐漸轉向封裝技術的創(chuàng)新。先進封裝技術不僅可以增加功能、提升產品價值，還能有效降低成本，成為延續(xù)摩爾定律的重要路徑。先進封裝定義：采用了先進的設計思路和先進的集成工藝，對芯片進行封裝級重構，并且能有效提系統(tǒng)高功能密度的封裝技術?，F(xiàn)階段先進封裝主要是指倒裝焊(FlipChip)、晶圓級封裝(WLP)、2.5D封裝（Interposer）、3D封裝(TSV)等。1.2先進封裝是國內半導體產業(yè)突破封鎖的重要方式先進封裝是國內半導體產業(yè)突破封鎖的重要方式：半導體是中國卡脖子問題，美國遏制中國發(fā)展先進技術的政策，長期不會改變。先進封裝可在現(xiàn)有技術節(jié)點下，進一步提升芯片性能，是國內半導體企業(yè)突破封鎖的重要方式。1.3先進封裝市場規(guī)模有望持續(xù)增長先進封裝市場規(guī)模：據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年全球封裝市場規(guī)模約達777億美元。其中，先進封裝全球市場規(guī)模約350億美元，預計到2025年先進封裝的全球市場規(guī)模將達到420億美元，2019-2025年全球先進封裝市場的CAGR約8%。相比同期整體封裝市場(CAGR=5%)和傳統(tǒng)封裝市場，先進封裝市場增速更為顯著。先進封裝占比：倒裝占比最高，3D封裝預計增長最快。從晶圓數(shù)來看，根據(jù)Yole和集微咨詢數(shù)據(jù)，2019年約2900萬片晶圓采用先進封裝，到2025年增長為4300萬片，年均復合增速為7%。（折合成12寸）。二、先進封裝工藝與設備詳解2.1半導體封裝工藝封裝可分為四級，即芯片級封裝(0級封裝)、元器件級封裝(1級封裝)、板卡級組裝(2級封裝)和整機組裝(3級封裝)。通常0級和1級封裝稱為電子封裝，2級和3級封裝稱為電子組裝。0級封裝：裸芯片電極的制作、引線的連接等均在硅片之上完成，暫與基板無關；

1級封裝：經0級封裝的單芯片或多芯片在封裝基板（普通基板、多層基板、HDI基板）上的封裝，構成集成電路模塊（或元件）。即芯片在各類基板（或中介板）上的裝載方式；

2級封裝：集成電路（IC元件或IC塊）片在封裝基板（普通基板、多層基板、HDI基板）上的封裝，構成板或卡。；

3級封裝：將二級封裝的組件插到同一塊母板上，也就是關于插件接口、主板及組件的互連。封裝流程：晶圓減薄、晶圓切割、固晶、鍵合、注塑成型、切筋成型、打碼等。2.2先進封裝工藝梳理先進封裝的特點：1.不采用傳統(tǒng)的封裝工藝，例如：無BondingWire；2封裝集成度高，封裝體積?。?.內部互聯(lián)短，系統(tǒng)性能得到提升4單位體積內集成更多功能單元，有效提升系統(tǒng)功能密度。先進封裝工藝：倒裝焊(FlipChip)、晶圓級封裝(WLP)、2.5D封裝（Interposer）、3D封裝(TSV)、Chiplet等。扇入型和扇出型封裝：WLP可分為扇入型晶圓級封裝（Fan-InWLP）和扇出型晶圓級封裝

（Fan-OutWLP）兩大類：

扇入型：直接在晶圓上進行封裝，封裝完成后進行切割，布線均在芯片尺寸內完成，封裝大小和芯片尺寸相同；

扇出型：基于晶圓重構技術，將切割后的各芯片重新布置到人工載板上，芯片間距離視需求而定，之后再進行晶圓級封裝，最后再切割，布線可在芯片內和芯片外，得到的封裝面積一般大于芯片面積，但可提供的I/O數(shù)量增加。2.5D封裝與3D封裝。2.5D封裝：裸片并排放置在具有硅通孔（TSV）的中介層頂部。其底座，即中介層，可提供芯片之間的互聯(lián)；

3D封裝：又稱為疊層芯片封裝技術，3D封裝可采用凸塊或硅通孔技術（ThroughSiliconVia，TSV），TSV是利用垂直硅通孔完成芯片間互連的方法，由于連接距離更短、強度更高，能實現(xiàn)更小更薄而性能更好、密度更高、尺寸和重量明顯減小的封裝，而且還能用于異種芯片之間的互連。SiP：（SysteminPackag，系統(tǒng)級封裝）。SIP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器、FPGA等功能芯片集成在一個封裝內，從而實現(xiàn)一個基本完整的功能。與系統(tǒng)級芯片（SystemonChip，SoC）相對應，不同的是系統(tǒng)級封裝是采用不同芯片進行并排或疊加的封裝方式，而SoC則是高度集成的芯片產品。Chiplet

：

Chiplet技術是一種通過總線和先進封裝技術實現(xiàn)異質集成的封裝形式；

作用:1.降低單片晶圓集成工藝良率風險，達到成本可控，有設計彈性，可實現(xiàn)芯片定制化;2.Chiplet將大尺寸的多核心的設計，分散到較小的小芯片，更能滿足現(xiàn)今高效能運算處理器的需求;3.彈性的設計方式不僅提升靈活性，且可實現(xiàn)包括模塊組裝、芯片網絡、異構系統(tǒng)與元件集成四個方面的功能。Chiplet的異構集成與異質集成:異構集成:將多個不同工藝節(jié)點單獨制造的芯片封裝到一個封裝內部，可以對采用不同工藝、不同功能不同制造商制造的組件進行封裝。例如將不同廠商的7nm、10nm、28nm、45nm的小芯片通過異構集成技術封裝在一起；

異質集成:將不同材料的半導體器件集成到一個封裝內，可產生尺寸小、經濟性好、靈活性高、系統(tǒng)性能更佳的產品。如將Si、GaN、SiC、InP生產加工的芯片通過異質集成技術封裝到一起，形成不同材料的半導體在同一款封裝內協(xié)同工作的場景。2.3典型公司先進封裝技術布局臺積電：

2.5D：CoWoS是臺積電推出的2.5D封裝技術，把芯片封裝到硅轉接板（中介層）上，并使用硅轉接板上的高密度布線進行互連，然后再安裝在封裝基板；

INFO（扇出型封裝）：可應用于射頻和無線芯片的封裝，處理器和基帶芯片封裝，圖形處理器和網絡芯片的封裝；Intel：

EMIB是屬于有基板類封裝，EMIB理念跟基于硅中介層的2.5D封裝類似，是通過硅片進行局部高密度互連。與傳統(tǒng)2.5封裝的相比，因為沒有TSV,因此EMIB技術具有正常的封裝良率、無需額外工藝和設計簡單等優(yōu)點。Foveros被稱作三維面對面異構集成芯片堆疊,是3D堆疊封裝技術，F(xiàn)overos更適用于小尺寸產品或對內存帶寬要求更高的產品。在體積、功耗等方面具有顯著優(yōu)勢。Foveros技術要處理的是Bump間距減小、密度增大以及芯片堆疊技術。三星：

Wide-IO(WideInputOutput)寬帶輸入輸出技術由三星主推，目前已經到了第二代，可以實現(xiàn)最多512bt的內存接口位寬，內存接口操作率最高可達1GHz,總的內存帶寬可達68GBps,是DDR4接口帶寬(34GBps)的兩倍。Wide-lO通過將Memory芯片堆疊在Logic芯片上來實現(xiàn)，Memory芯片通過3DTSV和Logic芯片及基板相連接。2.4半導體封裝設備梳理封裝設備：磨片機、劃片機、固晶機、鍵合機、塑封設備、打標設備等。先進封裝增加設備需求：

封裝設備需求增加：研磨設備增加（晶圓需要做的更?。?、切割設備需求增加、固晶設備（DieBond要求更高）；新設備需求：如凸塊（bump）工藝涉及到曝光、回流焊等設備；TSV工藝增加新設備需求。全球封裝設備呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，ASMPacific、K&S、Besi、Disco、Towa、Yamada等公司占據(jù)多數(shù)的封裝設備市場，行業(yè)國產替代空間大。三、重點公司分析3.1新益昌:固晶機龍頭，半導體封裝設備和MiniLED雙輪驅動半導體固晶機：國內半導體固晶設備進口依賴度高，半導體固晶機主要企業(yè)為ASMPT和BESI。公司基于LED固晶機積累的運動控制、機器視覺等技術積累拓展至半導體固晶機，目前客戶包括揚杰、富滿、固锝等，2021年半導體業(yè)務收入大幅增長至2.15億元；半導體鍵合機：焊線屬于固晶后道工序，在客戶和技術上有一定的協(xié)同。公司通過收購開玖拓展焊線設備，將進一步打開公司增長空間。MiniLED固晶機：MiniLED行業(yè)發(fā)展前景好，市場空間廣闊，公司MiniLED固晶機優(yōu)勢明顯，充分受益于行業(yè)發(fā)展。3.2光力科技：半導體劃片機國產替代先行者全球半導體劃片機市場主要由Disco占據(jù)，市場份額高，行業(yè)國產化空間大。公司通過持續(xù)收購LP、LPB、ADT等公司迅速進入了半導體劃片機及核心零部件空氣主軸領域，根據(jù)公司2022年4月12日發(fā)布的投資者調研紀要，公司的半導體劃片設備最