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集成電路封裝測試行業(yè)發(fā)展情況及展趨勢分析
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 匯成股份    2023-08-10

（1）集成電路封裝測試行業(yè)的基本情況

集成電路制造產(chǎn)業(yè)鏈主要包括芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試三個子行業(yè)，封裝測試行業(yè)位于產(chǎn)業(yè)鏈的中下游，該業(yè)務(wù)實質(zhì)上包括了封裝和測試兩個環(huán)節(jié)，但由于測試環(huán)節(jié)一般也主要由封裝廠商完成，因而一般統(tǒng)稱為封裝測試業(yè)。

封裝是將芯片在基板上布局、固定及連接，并用絕緣介質(zhì)封裝形成電子產(chǎn)品的過程，目的是保護(hù)芯片免受損傷，保證芯片的散熱性能，以及實現(xiàn)電信號的傳輸。經(jīng)過封裝的芯片可以在更高的溫度環(huán)境下工作，抵御物理損害與化學(xué)腐蝕，帶來更佳的性能表現(xiàn)與耐用度，同時也更便于運(yùn)輸和安裝。

測試則包括進(jìn)入封裝前的晶圓測試以及封裝完成后的成品測試，晶圓測試主要檢驗的是每個晶粒的電性，成品測試主要檢驗的是產(chǎn)品電性和功能，目的是在于將有結(jié)構(gòu)缺陷以及功能、性能不符合要求的芯片篩選出來，是節(jié)約成本、驗證設(shè)計、監(jiān)控生產(chǎn)、保證質(zhì)量、分析失效以及指導(dǎo)應(yīng)用的重要手段。

封裝測試業(yè)是我國集成電路行業(yè)中發(fā)展最為成熟的細(xì)分行業(yè)，在世界上擁有較強(qiáng)競爭力，全球的封裝測試產(chǎn)業(yè)正在向中國大陸轉(zhuǎn)移。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)的集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試的銷售規(guī)模大約呈 4：3：3 的比例，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的均衡有利于形成集成電路行業(yè)的內(nèi)循環(huán)，隨著上游芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)的加快發(fā)展，也能夠推進(jìn)處于產(chǎn)業(yè)鏈下游的封裝測試行業(yè)的發(fā)展。

集成電路的封裝形式多樣復(fù)雜，基于國家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019 年本）》，并結(jié)合行業(yè)內(nèi)按照封裝工藝分類的慣例，封裝分為傳統(tǒng)封裝（第一階段和第二階段）及先進(jìn)封裝（第三至第五階段），考慮到技術(shù)路徑與指標(biāo)的差異可將先進(jìn)封裝進(jìn)一步細(xì)分，分為中端先進(jìn)封裝（第三階段中大部分封裝技術(shù)）與高端先進(jìn)封裝（第三階段中少部分封裝技術(shù)以及第四至第五階段）。

傳統(tǒng)封裝與先進(jìn)封裝的主要區(qū)別包括鍵合方式由傳統(tǒng)的引線鍵合發(fā)展為球狀凸點焊接，封裝元件概念演變?yōu)榉庋b系統(tǒng)，封裝對象由單芯片向多芯片發(fā)展，由平面封裝向立體封裝發(fā)展。

目前，全球封裝行業(yè)的主流技術(shù)處于以 CSP、BGA 為主的第三階段，并向以倒裝封裝（FC）、凸塊制造（Bumping）、系統(tǒng)級封裝（SiP）、系統(tǒng)級單芯片封裝（SoC）、晶圓級系統(tǒng)封裝-硅通孔（TSV）為代表的第四階段和第五階段封裝技術(shù)邁進(jìn)。

（2）凸塊制造（Bumping）在先進(jìn)封測技術(shù)中的重要性

①凸塊制造的概念

凸塊制造是一種新型的芯片與基板間電氣互聯(lián)的方式，這種技術(shù)通過在晶圓上制作金屬凸塊實現(xiàn)。具體工藝流程為：晶圓在晶圓代工廠完成基體電路后，由封測代工廠在切割之前進(jìn)行加工，利用薄膜制程、黃光、化學(xué)鍍制程技術(shù)及電鍍、印刷技術(shù)、蝕刻制程，在芯片的焊墊上制作金屬焊球或凸塊。

相比傳統(tǒng)的打線技術(shù)向四周輻射的金屬“線連接”，凸塊制造技術(shù)反映了“以點代線”的發(fā)展趨勢，可以大幅縮小芯片體積，具有密度大、低感應(yīng)、低成本、散熱能力優(yōu)良等優(yōu)點；且凸塊陣列在芯片表面，引腳密度可以被做得極高，便于滿足芯片性能提升的需求。此外，凸塊的選材、構(gòu)造、尺寸設(shè)計會受多種因素影響，例如封裝大小、成本、散熱等性能。

②凸塊制造技術(shù)的起源

凸塊制造技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 60 年代。上世紀(jì) 60 年代，IBM 公司開發(fā)了倒裝芯片技術(shù)，第一代倒裝芯片為具有三個端口的晶體管產(chǎn)品。隨著電子器件體積的不斷減小以及 I/O 密度的不斷增加，20 世紀(jì) 70 年代，IBM 公司將倒裝芯片技術(shù)發(fā)展為應(yīng)用在集成電路中的 C4 技術(shù)，C4 技術(shù)通過高鉛含量的焊料凸塊將芯片上的可潤濕金屬焊盤與基板上的焊盤相連，C4 焊球可以滿足具有更細(xì)密焊盤的芯片的倒裝焊要求。此后凸塊制造技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，利用熔融凸塊表面張力以支撐晶片的重量及控制凸塊的高度。

IBM 公司開發(fā)出的初代凸塊制造技術(shù)奠定了凸塊制造技術(shù)的底層工藝，并就該技術(shù)申請了發(fā)明專利。IBM 公司通過高鉛焊料蒸鍍工藝進(jìn)行凸塊加工，使用高溫/低溫共燒陶瓷載板（基板）進(jìn)行互聯(lián)，受該工藝方案限制，當(dāng)時凸塊間距較大（>250μm）、焊接溫度過高（>300℃），且生產(chǎn)成本高居不下，極大限制了凸塊制造技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

③凸塊制造技術(shù)的發(fā)展

隨著集成電路行業(yè)的發(fā)展，新的凸塊制造工藝打破了初代技術(shù)的困局，其發(fā)展階段與集成電路行業(yè)的兩次重大產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移以及顯示面板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。

集成電路行業(yè)的第一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移在 1970-1980 年代由美國至日本：美國作為集成電路的發(fā)源地，20 世紀(jì) 70 年代間，前 10 大集成電路制造商幾乎均來自美國。日本在美國技術(shù)支持與本國政策與資金支持下，依托家電和工業(yè)級計算機(jī)產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展實現(xiàn)反超，在 20 世紀(jì) 80 年代末，前 10 大集成電路制造商中有一半以上來自日本。與此同時，日本本土對面板智能化、輕薄化的需求增加，隨之涌現(xiàn)大批日本封測技術(shù)廠商，凸塊制造技術(shù)在這期間得到較大發(fā)展。

第二次集成電路行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移在20世紀(jì)80年代-21世紀(jì)初，由日本至韓國、中國臺灣：憑借低廉人工成本及大量高素質(zhì)人才，韓國順應(yīng)消費(fèi)級 PC 的趨勢快速發(fā)展，而中國臺灣在晶圓代工廠、芯片封測領(lǐng)域的垂直分工下出現(xiàn)市場機(jī)會，韓國與中國臺灣迅速取代日本在集成電路產(chǎn)業(yè)大部分的市場份額。面板產(chǎn)業(yè)亦轉(zhuǎn)移至韓國與中國臺灣，凸塊制造技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化及轉(zhuǎn)移的過程中隨著終端應(yīng)用的需求不斷被優(yōu)化，濺射凸塊底部金屬工藝和電鍍凸塊工藝取代了原先成本高昂的蒸鍍技術(shù)方案，并將凸塊間距縮小至 200μm 以下，原材料亦出現(xiàn)多元化，生產(chǎn)良率不斷上升。

2010 年以來，全球集成電路產(chǎn)業(yè)與顯示面板產(chǎn)業(yè)向中國大陸轉(zhuǎn)移的趨勢增強(qiáng)。隨著集成電路晶圓制程技術(shù)從 2000 年左右的 300nm 發(fā)展到目前的 7nm，凸塊間距也發(fā)展到 100μm 以下的極細(xì)間距領(lǐng)域，單芯片上的金屬凸塊超過 1,500個，需要每個凸塊都同基板上的線路形成良好電氣接觸，高密度細(xì)間距凸塊布局對封測企業(yè)的凸塊制造技術(shù)提出了極高要求。

目前凸塊制造技術(shù)底層工藝專利已成為公開技術(shù)，國內(nèi)外同行業(yè)公司凸塊制造技術(shù)均在原有凸塊制造底層工藝上進(jìn)行各個環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新，以達(dá)到終端應(yīng)用發(fā)展的需求。

④凸塊制造技術(shù)是先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展與演變的重要基礎(chǔ)

隨著集成電路行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步與終端電子產(chǎn)品需求的提高，凸塊制造技術(shù)也不斷突破技術(shù)瓶頸、實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，并發(fā)展成為關(guān)鍵的高端先進(jìn)封裝技術(shù)之一。

凸塊制造技術(shù)的重要性在于它是各類先進(jìn)封裝技術(shù)得以實現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展演化的基礎(chǔ)。倒裝芯片（FC）技術(shù)、扇出型（Fan-out）封裝技術(shù)、扇進(jìn)型（Fan-in）封裝技術(shù)、芯片級封裝（CSP）、三維立體封裝（3D）、系統(tǒng)級封裝（SiP）等先進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)與工藝實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)均涉及凸塊制造技術(shù)。硅通孔技術(shù)（TSV）、晶圓級封裝（WLP）、微電子機(jī)械系統(tǒng)封裝（MEMS）等先進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)與工藝均是凸塊制造技術(shù)的演化延伸。

（3）全球集成電路封裝測試行業(yè)發(fā)展情況

全球封裝測試市場行業(yè)銷售額從 2016 年的 510.00 億美元增長至 2020 年的594.00 億美元，保持著平穩(wěn)增長；2020 年全球封測市場同比增速為 4.95%，高于2019 年的 1.07%，主要由于以下幾個原因：①全球由于貿(mào)易摩擦帶來的芯片恐慌提高了芯片庫存；②5G 的應(yīng)用使得廠商加大了智能手機(jī)、電腦等的備貨；③居家辦公的政策刺激了電子產(chǎn)品的需求。

未來，從供應(yīng)端看，全球晶圓代工廠的持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，將會有效緩解當(dāng)前晶圓產(chǎn)能供不應(yīng)求的狀況。需求端來看，隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G 通信、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的不斷成熟，全球集成電路行業(yè)進(jìn)入新一輪的上升周期，封測行業(yè)也將受益，預(yù)計全球市場規(guī)模將在 2025 年達(dá)到 722.70 億美元。同時，先進(jìn)封裝作為后摩爾時代的選擇之一，將成為推動全球封測行業(yè)持續(xù)發(fā)展的新動力，預(yù)計將以6.50%的年復(fù)合增長率快速增長，2025 年在全球封測市場約占一半份額。

（4）中國大陸集成電路封裝測試行業(yè)發(fā)展情況

受益于產(chǎn)業(yè)政策的大力支持以及下游應(yīng)用領(lǐng)域的需求帶動，境內(nèi)封裝測試市場跟隨集成電路產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了高速發(fā)展。根據(jù) Frost & Sullivan 數(shù)據(jù)，2016 年至 2020年，中國大陸封測市場的年復(fù)合增長率為 12.54%，遠(yuǎn)高于全球封測市場 3.89%的增長速度。從封測業(yè)務(wù)收入結(jié)構(gòu)上來看，中國大陸封測市場依然主要以傳統(tǒng)封裝業(yè)務(wù)為主，但隨著國內(nèi)領(lǐng)先廠商不斷通過海內(nèi)外并購及研發(fā)投入，中國大陸先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)有望快速發(fā)展。

近些年，高通、華為海思、聯(lián)發(fā)科、聯(lián)詠科技等知名芯片設(shè)計公司逐步將封裝測試訂單轉(zhuǎn)向中國大陸企業(yè)，同時國內(nèi)芯片設(shè)計企業(yè)的規(guī)模也在逐步擴(kuò)大，以及全球晶圓制造龍頭企業(yè)也陸續(xù)在大陸建廠擴(kuò)產(chǎn)，在此背景下，國內(nèi)封裝測試企業(yè)將會步入更為快速的發(fā)展階段。同時，未來先進(jìn)封裝將為集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更多的價值，隨著智能汽車、5G 手機(jī)等的先進(jìn)封裝需求增加，產(chǎn)能緊張，將會帶動封測價格提升，國內(nèi)提前布局先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的廠商將會受益。

根據(jù) Frost & Sullivan 數(shù)據(jù)，中國大陸封測市場預(yù)計將保持增長，在 2025 年達(dá)到 3,551.90 億元的市場規(guī)模，占全球封測市場比重約為 75.61%，其中先進(jìn)封裝將以 29.91%年復(fù)合增長率持續(xù)高速發(fā)展，在 2025 年占中國大陸封測市場比重將達(dá)到 32.00%。

（5）封裝測試行業(yè)發(fā)展趨勢分析

①后摩爾定律時代，先進(jìn)封裝成為行業(yè)主流

隨著集成電路器件性能的要求不斷提高，促進(jìn)了如 Bumping、Flip Chip、WLCSP、2.5D、3D 等先進(jìn)封裝技術(shù)的快速發(fā)展。后摩爾定律時代，由于先進(jìn)制程的研發(fā)投入及難度不斷提升，制程技術(shù)不能帶來成本的有效降低，集成電路行業(yè)將更多依靠先進(jìn)封裝技術(shù)來實現(xiàn)硬件上的突破。先進(jìn)封裝在提升芯片性能方面具有巨大優(yōu)勢，可以在不依賴先進(jìn)制程工藝前提下，提高芯片整體性能以及集成度，從而滿足終端設(shè)備對于芯片體積、性能等不斷提升的需求。

②產(chǎn)業(yè)鏈分工細(xì)化，專業(yè)封裝測試企業(yè)市場地位穩(wěn)固

隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)張、技術(shù)要求的提升，全球集成電路制造產(chǎn)業(yè)鏈分工進(jìn)一步細(xì)化為 Fabless+Foundry+OSAT 的配合，每個環(huán)節(jié)的分工由此而明確。我國封裝測試行業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要地位，并且隨著龍頭企業(yè)的并購整合，市場份額將進(jìn)一步擴(kuò)大。

另外，隨著我國集成電路產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了低端制造承接、長期技術(shù)引進(jìn)、高端人才培育等產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)節(jié)，我國集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步完善，形成了以芯片設(shè)計為龍頭、封裝測試為主體、晶圓制造重點統(tǒng)籌的產(chǎn)業(yè)布局。未來伴隨中國大陸芯片設(shè)計業(yè)和晶圓制造業(yè)的逐步崛起，下游封裝測試產(chǎn)業(yè)有望持續(xù)受益。

③產(chǎn)業(yè)政策扶持、集成電路產(chǎn)業(yè)重心轉(zhuǎn)移帶來進(jìn)口替代巨大機(jī)遇

我國持續(xù)出臺集成電路相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，將其列為國家重點戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，對集成電路企業(yè)在稅收、人才、技術(shù)等多方面提供支持，在此政策紅利下，我國集成電路企業(yè)逐漸轉(zhuǎn)虧為盈并發(fā)展壯大，國際地位也有所提升。

目前，中國大陸擁有全球最大且增速最快的集成電路消費(fèi)市場，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展重心正逐漸轉(zhuǎn)移至中國大陸。巨大的下游市場配合積極的國家產(chǎn)業(yè)政策與活躍的社會資本，正在全方位、多角度地支持集成電路行業(yè)發(fā)展。我國光伏、顯示面板、LED 等高新技術(shù)行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展已達(dá)到領(lǐng)先水平，也大力拉動了上游的功率半導(dǎo)體、顯示驅(qū)動芯片、LED 驅(qū)動芯片等集成電路的國產(chǎn)化進(jìn)程。

隨著集成電路產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)技術(shù)的不斷突破，加之中國大陸在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、新能源汽車等下游市場持續(xù)加大布局，中國大陸有望在集成電路封測等更多細(xì)分市場實現(xiàn)進(jìn)口替代。

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