第一章 行业概况
封装为半导体产业核心一环，主要目的为保护芯片。半导体封装测试处于晶圆制造过程中的后段部分，在芯片制造完后，将晶圆进行封装测试，将通过测试的晶圆按需求及功能加工得到芯片，属于整个 IC 产业链中技术后段的环节，封装的四大目的为保护芯片、支撑芯片及外形、将芯片的电极和外界的电路连通、增强导热性能作用，实现规格标准化且便于将芯片的I／O 端口连接到部件级（系统级）的印制电路板（PCB）、玻璃基板等材料上，以实现电路连接，确保电路正常工作。在“后摩尔时代”，行业从过去着力于晶圆制造技术节点的推进，逐渐转向封装技术的创新。
先进封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值，还能有效降低成本，成为延续摩尔定律的重要路径。先进封装采用了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，并且能有效提高系统高功能密度的封装技术。现阶段先进封装主要是指倒装焊（Flip Chip）、 晶圆级封装（WLP）、2．5D封装（Interposer）、3D封装（TSV）等。
图：先进封装与传统封装简单对比
资料来源：资产信息网 千际投行 中航证券
根据Yole数据显示，全球封装收入的年复合增速为4％。其中先进封装市场的年复合增速达7％，到2025年先进封装收入将达到422亿美元，而传统封装的年复合增速仅为2％。此消彼长之下，全球先进封装的收入占比将从2014年的38％，预计上涨至2025年的49．4％。
图：半导体封装技术演进路径
资料来源：资产信息网 千际投行 中泰证券
1．1 先进封装发展历程
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。封装演变历史朝小型化、I／O数量增加（多引脚）、集成化三向发展。
以小型化为例，过去DIP 封装后的体积是芯片的100 倍大，发展至CSP 仅芯片的1．2 倍或更小；I／O 数量也从过去6 个引脚增加到数千个以上。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：集成电路封装发展历程图
资料来源：资产信息网 千际投行 Yole
先进封装的市场规模据Yole数据，2021年全球封装市场规模约达777亿美元。其中，先进封装全球市场规模约350亿美元，预计到2025年先进封装的全球市场规模将达到420
亿美元，2019－2025年全球先进封装市场的CAGR约8％。相比同期整体封装市场（CAGR＝5％）和传统封装市场，先进封装市场增速更为显著。同时，先进封装占比中，倒装占比最高，3D封装预计增长最快。从晶圆数来看，根据Yole和集微咨询数据，2019年约2900万片晶圆采用先进封装，到2025年增长为4300万片，年均复合增速为7％。（折合成12寸）。
图：先进封装市场规模
资料来源：资产信息网 千际投行 Yole
1．2 先进封装分类
先进封装以内部封装工艺的先进性为评判标准，并以内部连接有无基板可分两大类。先进封装的划分点在于工艺以及封装技术的先进性，一般而言，内部封装为引线框架（WB）的封装不被归类为先进封装，而内部采用倒装（FC）、晶圆级（WL）等先进技术的封装则可以称为先进封装，先进封装以内部连接有无载体（基板）可一分为二进行划分：
（1）有载体（基板型）：内部封装需要依靠基板、引线框架或中介层（Interposer），主要内部互连为倒装封装（FC），可以分为单芯片或者多芯片封装，多芯片封装会在中介层（或基板）之上有多个芯片并排或者堆叠，形成2．5D／3D 结构，基板之下的外部封装包括BGA／LGA、CSP 等，封装由内外部封装结合而成，目前业界最具代表性且最广为使用的组合包括FCBGA（倒装 BGA）、Embedded SiP、2．5D／3D Integration。
（2）无载体（晶圆级）：不需要基板、引线框架或中介层（Interposer），因此无内外部封装之分，以晶圆级封装为代表，运用重布线层（RDL）与凸块（Bumping）等作为I／O绕线手段，再使用倒放的方式与PCB 板直接连接，封装厚度比有载体变得更薄。晶圆级封装分为扇入型（Fan－in）跟扇出型（Fan－out），而扇出型又可以延伸出3D FO封装，晶圆级封装为目前封装技术中最先进的技术类别。
先进封装以缩小尺寸、系统性集成、提高I／O数量、提高散热性能为发展主轴，可以包括单芯片和多芯片，倒装封装以及晶圆级封装被广为使用，再搭配互连技术（TSV， Bump等）的技术能力提升，推动封装的进步，内外部封装可以搭配组合成不同的高性能封装产品。
图：先进封装分类及结构图
资料来源：资产信息网 千际投行 Yole
第二章 商业模式和技术发展
2．1 产业链
图：先进封装产业链概览
资料来源：资产信息网 千际投行 中金公司
先进封装产业的上游是以康强电子、兴森科技、岱勒新材、三环集团为代表的封装材料供应商与士兰微、中芯国际为代表的集成电路制造企业。中游作为集成电路封装行业主体，主要进行集成电路封装与测试过程。下游为3C电子、工控等终端应用。
图 先进封装上中下游
资料来源：资产信息网 千际投行
上游
随着封装技术向多引脚、窄间距、小型化的趋势发展，封装基板已逐渐取代传统引线框架成为主流封装材料。引线键合类基板在其封装总成本中占比约为40％～50％，而倒装芯片类基板的成本占比则可高达70％～80％。相对其他封装材料，封装基板的难度更大，但利润高、应用领域众多、市场空间广阔。
图 半导体封装材料标的
资料来源：资产信息网 千际投行 方正证券
先进封装材料市场较为分散，中国企业在键合丝、环氧塑封料、引线框架市场中具备一定影响力，国产化率水平较高，但是在封装基板、芯片粘结材料方面与国际领先企业差距依然较大。
随着新型高密度封装形式的出现，电子封装的许多功能，如电气连接，物理保护，正逐渐部分或全部的由封装基板来承担。近年来在电子基板中，高密度多层基板占比越来越大，在先进封装中的运用越来越广泛。封装基板作为特种印制电路板，是将较高精密度的芯片或者器件与较低精密度的印制电路板连接在一起的基本部件。相较于PCB板的线宽／线距50μm／50μm参数，封装基板可实现线宽／线距＜25μm／25μm的参数。PCB板整体精细化提高的成本远高于通过封装基板来互连PCB和芯片的成本。
图 半导体封装基板市场趋势
资料来源：资产信息网 千际投行 方正证券
中游
先进封装按外壳材料通常可以分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装；按照封装链接结构可以分为内部封装、外部封装和晶圆级封装，封装内部是指封装内部芯片与载体（引线框架或载板）之间的连接方式，包括引线键合（WB）、载带自动焊（TAB）、倒装封装（FC），外部封装为引线框架（或载板）与印刷电路板（PCB）之间的连接方式，是我们肉眼可见的封装外型，例如QFP、QFN、BGA、LGA等，部分晶圆级封装因为无需引线框架或导线载板，直接与PCB 板连接，因此跳脱于传统内部及外部封装之分。
图：先进封装材料基本情况
资料来源：资产信息网 千际投行 东方财富证券
下游
先进封装的下游应用以移动设备、多引脚、高性能产品为主要需求。晶圆级封装多用在小型移动设备，基板型多用在引脚多且无体积限制的产品，多芯片又可以被归类为SiP 封装。
先进封装可以由单芯片、多芯片、晶圆级、基板级组合而成，晶圆级和基板级的不同源自于制程上的差异，晶圆级封装用到芯片制造的工艺，需要淀积、光刻、去胶、刻蚀等流程，相较于基板级封装，晶圆级封装能够有更小的封装体积，因此多用在小型移动设备，而基板级多用在高引脚且无体积限制的产品。
一般而言，多芯片封装都在封装内部自成一个子系统，因此多芯片又可以被归类为 SiP（System in Package，系统级封装），SiP封装关注在封装内的系统实现，不管先进性与否，只要是能自成系统的都可以称为 SiP，而先进封装领域的SiP包括 2．5D／3D FO、Embedded、2．5D／3D Integration 以及技术比较先进的异质异构封装（比如苹果手表S系列芯片）等。
图：先进封装应用
资料来源：资产信息网 千际投行 中信证券
近年来，随着计算机行业的逐渐成熟，我国电子计算机产业维持稳中有升的态势，电子计算机整机累计产量、微型电子计算机累计产量均同比出现不同程度增长。相对于2016年的低谷，当前计算机行业正处在上升阶段，预计与换新周期及经济缓慢复苏有关。据国家统计局统计，2020年我国电子计算机整机产量为4．05亿，较2019年同比上升13．64％；2021年全年，电子计算机整机产量为4．85亿台，同比增长19．87％。
资料来源：资产信息网 千际投行 前瞻产业研究院
IDC数据显示，2015年中国平板电脑出货量约为2592万台，占全球销量的11．8％；2016年开始出现下降的趋势，其主要原因是大屏智能手机和二合一电脑成为阻击平板电脑的强力竞争对手；但随着平板电脑的技术在不断更新，中国平板电脑出货量降幅速度放缓。2020年，随着消费者对消费3C的需求增加，平板电脑市场开始出现回暖趋势，2020年出货量为2338万台，同比增长1．31％。2021 年全年，中国平板电脑市场出货量约 2846 万台，同比增长 21．8％。
图：2015－2021年中国平板电脑出货量（单位：万台，％）
资料来源：资产信息网 千际投行 IDC
2015－2020年，我国笔记本电脑产量在2016年有所下降后呈现逐年增长的趋势，2019年我国笔记本电脑产量达到1．85亿台，同比增长4．3％。2020年，中国笔记本计算机产量为2．35亿台，同比增长26．9％。2021年12月28日中国计算机行业协会发布《2021年度中国计算机行业发展报告》，预计中国2021年全年笔记本电脑产量约2．3亿台。
图：2012－2021年中国笔记本计算机产量（单位：万台，％）
资料来源：资产信息网 千际投行 前瞻产业研究院
根据工信部的数据显示，2012－2020年，国内智能手机出货量呈波动趋势，2019年国内智能手机出货量3．72亿部，同比下降4．7％，占同期手机出货量的95．6％。2020年，国内智能手机出货量3．08亿部，同比下降20．8％。2021年全年，智能手机出货量3．43亿部，同比增长15．9％。
2．2 商业模式
先进封装目前包含两种商业模式：一是由IDM和代工厂在制造后执行的内部ATP服务；二是第三方客户的OSAT公司，OSAT客户可以包括IDM、无晶圆厂公司和代工厂。
图：半导体生态系统
资料来源：资产信息网 千际投行 CSET
早在20世纪60年代，半导体制造商利用劳动力成本的优势，在亚洲建立了工厂。如今，在美国和欧洲以外，从事半导体制造的领先公司总部都设在新加坡、韩国、日本和中国。欧洲、美国、韩国和中国领先IDM和代工厂也在先进封装方面进行了大量投资。然而，总部位于中国的公司主导了OSAT部分。
OSAT、IDM和代工厂使用材料和设备组装和封装成品晶圆。如果按销售额衡量，总部位于美国、中国、韩国和日本的公司占封装市场份额的绝大部分。然而，从物理设施的位置来看，亚洲明显是领导者。最近的统计表明，中国在封装设备总数方面领先（220，含台湾地区106），其次分别是亚太其他地区（65）、北美（35）、日本（27）和欧洲（19）。公司总部位于美国和欧洲的半导体工业协会估计， 全球至少81％的ATP产能位于亚洲。
2．3 技术发展
对国内先进封装行业的各个专利申请人的专利数量进行统计，排名前列的公司依次为：长电科技、生益科技、通富微电、国星光电、寒武纪、深科技、正业科技等。
图 先进封装行业上市企业专利数量 TOP 10
资料来源：资产信息网 千际投行 iFinD
先进封装工艺有倒装焊（Flip Chip）、晶圆级封装（WLP）、2．5D封装（Interposer）、3D封装（TSV）、Chip let等。
图：先进封装技术汇总
资料来源：资产信息网 千际投行 CEIA电子制造
WLP（Wafer Level Package）：晶圆级封装
WLP就是直接在晶圆上进行大部分或全部的封装测试程序，之后再进行切割制成单颗芯片。采用这种封装技术，不需要引线框架、基板等介质，芯片的封装尺寸减小，批量处理也使生产成本大幅下降。WLP 可分为扇入型晶圆级封装（Fan－In WLP）和扇出型晶圆级封装
（Fan－Out WLP）两大类：
（1）扇入型：直接在晶圆上进行封装，封装完成后进行切割，布线均在芯片尺寸内完成，封装大小和芯片尺寸相同；
（2）扇出型：基于晶圆重构技术，将切割后的各芯片重新布置到人工载板上，芯片间距离视需求而定，之后再进行晶圆级封装，最后再切割，布线可在芯片内和芯片外，得到的封装面积一般大于芯片面积，但可提供的I／O数量增加。
图：WLP晶圆级封装
资料来源：资产信息网 千际投行 晶化科技
图：扇入型和扇出型封装
资料来源：资产信息网 千际投行 矽品（SPIL）
Flip Chip：倒装焊
倒装工艺：指在芯片的I／O焊盘上直接沉积，或通过RDL布线后沉积凸块（Bump），然后将芯片翻转，进行加热，使熔融的焊料与基板或框架相结合，芯片电气面朝下。
凸块工艺：倒装工艺必备，在晶圆表面植锡球或铜块等，是先进封装的核心技术之一。
2．5D封装与3D封装
（1）2．5D封装：裸片并排放置在具有硅通孔（TSV）的中介层顶部。其底座，即中介层，可提供芯片之间的互联。
（2）3D 封装：又称为叠层芯片封装技术，3D 封装可采用凸块或硅通孔技术（Through Silicon Via，TSV），TSV是利用垂直硅通孔完成芯片间互连的方法，由于连接距离更短、强度更高，能实现更小更薄而性能更好、密度更高、尺寸和重量明显减小的封装，而且还能用于异种芯片之间的互连。
SiP：System in Packag，系统级封装
SIP是将多种功能芯片，包括处理器、存储器、FPGA等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。与系统级芯片（System on Chip，SoC）相对应，不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式，而SoC 则是高度集成的芯片产品。
图：苹果S7手表和A15芯片所采用的先进封装技术
资料来源：资产信息网 千际投行 Prismark
Chiplet
Chiplet 技术是一种通过总线和先进封装技术实现异质集成的封装形式。
图：Chiplet
资料来源：资产信息网 千际投行 CEIA电子制造
