半导体产业链后道环节竟然如此重要-云上资源整合网

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一、封装的定义、特征与属性

定义：公测（内测+测试）为半导体产业链后道环节，主要起到保护芯片的作用。半导体产业链中，模式下产业分工明晰，根据设计－制造－公测的上中下游模式进行分工协作，设计公司一般完成电路、版图设计等，晶片贴牌企业负责晶片加工，公测贴牌企业进行晶片切割、芯片封装及测试等工作。最终将芯片成品交付终端用户，下游应用包括消费电子、汽车、通信、工业、航空航天等领域。

公测为半导体产业链后道环节

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其中，半导体封装是指对通过测试的晶片进行划片、装片、键合、塑封、电镀，磨削成形等一系列加工工序，因而得到具有一定功能的半导体产品的过程，其作用包含对芯片的支撑与机械保护、电信号的互连与引出、电源的分配、热管理、功能集成及系统测试等；测试环节是通过对产品性能的检查，致使芯片才能可靠、稳定地进行工作（不在本文讨论范围之内）。

封装技术的优劣直接影响到芯片能够正常使用，评判封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，比值越接近1越好。在公测产业链中，上游主要包括公测设备和封装材料，中游为公测厂商，下游为厂商等。

半导体公测产业链

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封装开发流程方面：通常芯片设计和封装设计开发会同步进行，便于对特点进行整体优化。封装部门进行可行性研究，包括对封装设计进行简略测试，因而易于对电气、热和结构进行评估剖析，防止在量产阶段出现问题，然后会进行封装制造和特点及可靠性试验。

半导体封装技术开发流程

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封装工艺过程。整个工艺流程包括来料检测－贴膜－砂轮－贴片－划片－装片－键合－塑封－去毛刺、电镀一切筋打弯－品质检验－产品出货，每位工艺步骤都不可或缺。

半导体封装工艺过程

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半导体封装的作用。主要是通过将芯片和元件密封在醇酸树脂模塑胶（EMC）等封装材料中，保护它们免受化学性和物理性受损，核心包括机械联接、机械保护、电气联接和散热四项主要作用。

半导体封装作用

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集成电路封装四大功能

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企业：OSAT是专门从事半导体封装和测试的企业。在半导体产业，乃至整体科技产业中，都被觉得是比较辛苦的产业链环节。与其他科技领域相比，OSAT领域收益率相对较低，竞争也比较激烈。主要企业有长电科技、华天科技、通富微电等。

主要的OSAT企业

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行业发展方向：从技术角度看，散热、小型化、低成本、高可靠性、堆叠、高速讯号传输是封装技术发展趋势。散热方面采用热传导性能较好的材料和可有效散热的封装结构；大型化可以压缩封装容积，给其他物料如电瓶、摄像头留出更多空间；因为封装会限制芯片的速率，可支持高速电讯号传输的封装技术也成了一种重要发展趋势，因而提升传输速率；三维堆叠技术则才能实现在一个封装机壳内堆叠多个芯片。

半导体封装技术发展趋势

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二、封装技术的分类

从制造过程上讲，电子封装可以分为4级、6个层次：通常称层次1为零级封装，层次2为一级封装，层次3为完全没有经过后续加工，层次4、5、6为五级封装。通常狭义的封装仅包括一级封装和二级封装。

层级1，即零级封装：完成晶片制造，将晶片切割为裸芯片，裸芯片电极的制做、引线的联接等均在晶圆之上完成；

层级2，即1级封装：芯片级封装，将芯片封装在封装基板或引线框架内，完成密封保护和电路连线；

层级3，即2级封装，电子装联，将封装好的芯片组合在电路板上；

层级4、5、6，即3级封装，电子整机系统，将数个电路板组合在母板上或则将数个子系统组合为完整的电子产品。

系统集成等级Level0~3

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根据材料分类：可以分为金属封装、陶瓷封装、金属－陶瓷封装和塑胶封装，其中塑胶封装占全球集成电路市场的95%以上。

根据形状分类：可以分为引脚插入型、表面贴装型和莱州度封装。

根据封装中组合集成电路芯片的数量分类：可以分为单芯片封装和多芯片封装。

根据引脚分布形态分类：可以分为单边引脚封装、双边引脚封装、四边引脚封装和顶部引脚封装。

封装技术分类

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按是否焊线来分辨，又可分为先进封装与传统封装。该方法也是目前券商等研究机构使用的主流分类。

传统与先进封装技术

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三、发展历程与趋势：经历5个阶段，技术逐渐成熟

半导体封装技术路径主要分为五个发展阶段，逐渐向先进封装迈向。依据《中国半导体封装业的发展》，当前全球封装技术的主流处于第三代的成熟期，主要是CSP、BGA封装技术，目前公测行业正在从传统封装（SOT、QFN、BGA等）向先进封装（FC、FIWLP、FOWLP、TSV、SIP等）的第四阶段和第五阶段变革。

第一阶段（起源于20世纪70年代前），主要封装方式为微通孔插装型封装。具体典型的封装方式包括晶体管封装（TO）、陶瓷双列直插封装（CDIP）、塑料双列直插封装（PDIP）、单列直插式封装（SIP）等。

第二阶段（起源于20世纪80年代后），主要封装方式为表面贴装型封装。具体典型的封装方式包括塑胶有引线片式载体封装（PLCC）、塑料四边引线扁平封装（PQFP）、小外观表面封装（SOP）、无引线四边扁平封装（PQFN）、双边扁平无引脚封装（DFN）等。

第三阶段（起源于20世纪90年代后），主要封装方式为球栅阵列封装（BGA）、晶圆级封装（WLP）、芯片级封装（CSP）。具体典型的封装方式包括塑胶焊球阵列封装（PBGA）、陶瓷焊球阵列封装（CBGA）、带散热器焊球阵列封装（EBGA）、倒装芯片焊球阵列封装（FC-BGA）。

第四阶段（20世纪末开始），主要封装方式为多芯片组封装（MCM）、系统级封装（SiP）、芯片上制做激凸（）。具体典型的封装方式包括多层陶瓷基板（MCM-C）、多层薄膜基板（MCM-D）、多层印制板（MCM-L）等。

第五阶段（21世纪前六年开始），主要封装方式为晶片级系统封装-硅通孔（TSV）、扇出型集成电路封装（Fan-Out）、三维立体封装（3D）等，逐渐步入先进封装的范围。

半导体封装技术发展历程图

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发展趋势。随着技术节点的不断缩小，仅借助制程工艺构架提高无法满足高性能需求。制程越先进，生产技术与制造工序越复杂，制导致本呈指数级上升趋势。依据文献数据测算，在22纳米工艺制程以后的每一代技术设计成本降低均超过50%。7纳米工艺的总设计成本约3亿港元，而3纳米工艺总设计成本将降低5倍，达到15亿澳元。据悉，因为良率的技术限制（比如光刻机掩模规格），现有的单片集成显得无法为继，须要新的集成工艺来升级性能。

IC制程节点升级，芯片设计成本急剧上升

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5nm逻辑工艺制程设备投资额约为28nm的4倍

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目前，行业趋势是将先进封装作为后摩尔时代延续芯片性能提高的重要手段。基于摩尔定理的困局。业界提出深度摩尔（MoreMoore）、超越摩尔（Moore）与新元件（CMOS），其中赶超摩尔指不单通过进一步缩小晶体管规格来达到摩尔定理，而是通过电路设计优化或先进封装工艺实现。

集成电路先进封装成为芯片性能提高的重要手段

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先进封装主要技术平台包括：倒装（FC）、晶圆级封装（WLP）、2.5D、3D封装等。支持这种平台技术的主要互连工艺包括凸块（）、重布线（RDL）、硅通孔（TSV）、混合键合等，更多先进封装技术的创新和发展不断涌现以满足更复杂的集成需求。

具体到企业层面，基于上述分类又陆续开发出，如联发科的InFO（集成扇出）和CoWoS、日月光的FOCoS（基板上扇出芯片）、Amkor的SLIM（无硅集成模块）和SWIFT（硅晶片集成扇出技术）等。

各种型先进封装主要包含、RDL、TSV及键合等互连工艺

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四、市场体量：国外先进封装渗透率低

作为半导体产业链的核心环节之一，全球集成电路封装测试行业的市场规模随着半导体行业的发展不断变化。

按照WSTS的数据，2017-2022年间，全球半导体行业销售额由4122亿港元下降至5735亿港元，年均复合下降率为6.83%。2023年全球半导体行业市场规模预计环比增长9.31%至5201亿港元。并且全球半导体市场规模环比下降6%，为2024年两位数的环比下降奠定了基础，预计2024年全球半导体市场将复苏，销售额将达到5883.64亿港元，环比下降13.1%。

全球半导体行业销售额（单位：亿港元）

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-半导体行业销售额变化情况（单位：%）

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半导体产业链从上至下可分为设计、制造、封测三大环节，根据世界集成电路产业三业结构合理占比为3：4：3，我国集成电路公测业的比列也占比约30%左右，处于较为理想位置。

中国集成电路产业三业占比（单位：%）

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全球市场。按照Yole数据，2017—2022年公测行业规模从533亿港元下降至815亿港元，CAGR为8.86%。2023年受半导体周期影响，环比增长可能趋缓至0.86%，全球市场规模预估在800亿澳元。

随着2024年半导体行业的复苏以及先进封装的渗透，预计后续全球公测行业的市场规模将保持下降，并在2024—2025年之间突破900亿欧元。

全球半导体封装测试行业规模及下降率（单位：亿港元/%）

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结构上，近些年来，受惠于人工智能、数据中心的快速发展，先进封装工艺在全球公测市场总规模的占比持续提高。数据上，2022年全球先进封装市场规模为443亿欧元，占整体公测市场规模47%；回顾全球封装市场结构，按照Yole数据，先进封装占比由2014年的38%提高到了2022年的47.2%，预计2023年先进封装占比将达到48.8%，占比逐渐提高。

展望未来，随着先进制程进步趋缓，先进封装作用将越来越重要，先进封装将得到越来越多的应用，预计在2026年占比将首次超过传统封装，占比达到50.2%，中期有望保持10%+的复合下降。

全球先进封装市场规模（单位：亿港元/%）

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全球半导体封装市场结构（单位：%）

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国外市场。中国作为全球最大的半导体消费市场，公测行业市场规模与全球规模保持基本同步。按照中国半导体行业商会数据，2015—2022年中国半导体公测市场规模从1384万元下降到2995万元，预计2023年将达到2807.1万元，按7.3的汇率折算，则2023年中国市场约占全球封装总规模的48%，是全球封装的主要地区。

但在先进封装方面，依据咨询机构的数据，2023年中国先进封装产量预计为1330万元，约占总封装市场的39%，要明显高于全球平均水平（47%）。

中国公测市场规模（单位：万元/%）

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中国半导体封装市场结构（单位：%）

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五、封装竞争格局：OSAT脑部集中

行业竞争格局方面，2022年全球委外公测（OSAT）厂商Top10合计占比77.98%，基本被中国大陆和中国内地厂商独揽。其中日月光占比27.11%，排行第1；安靠占比14.08%，排行第2；中国内地厂商长电科技/通富微电/华天科技/智路公测分列第3/4/6/7名，占比分别为10.71%/6.51%/3.85%/3.48%。

2022年全球委外公测（OSAT）厂商市占率（单位：%）

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按区域分，全球公测市场中，中国大陆占比44%，排行第1；中国内地占比20%，排行第2；日本占比15%，排行第3。

全球公测行业市场区域占比分布（单位：%）

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在先进封装方面：先进封装主要由OSAT（内测代鞋厂）抢占主导，行业CR5占比约68%。

不仅传统公测代鞋厂（OSAT）外，晶片代鞋厂（）以及IDM公司也陆续组建自己的封装厂，积极布局先进封装技术领域。

先进封装市场结构（单位：%）

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厂商主要以中国大陆、中国内地、美国厂商为主。按照Yole数据，按收入规模排行，2022年全球先进封装厂商包括日月光、安靠、英特尔、台积电、三星等；2022年中国先进封装厂商包括长电科技、通富微电、华天科技等。

2022年全球先进封装厂商（单位：%）

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技术层面。据Yole数据，在中高端I/O密度领域（包含CoreFO、FilipChip及UHDFO封装工艺），OSAT厂商为主要参与者；

2.5D封装中海力士为提供（中介层）及后道封装服务的厂商，而OSAT与IDM厂商之间互相合作来完成硅中介层及公测贴牌业务。海力士、三星及英特尔为高档先进封装技术领域的主要参与者，并在这一领域展开激烈竞争。安靠、长电科技、日月光等顶尖OSAT也在积极布局高档先进封装市场，但目前仍以承接和IDM的公测贴牌业务为主。

先进封装的I/O宽度越小，其联接密度越高

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资本支出方面，2022年全球先进封装厂商资本支出中，英特尔为47.5亿港元，占比32%，排行第1；海力士为40亿港元，占比27%，排行第2；日月光为20亿港元，占比13%，排行第3。当前的开支决定了未来的行业份额，从目前数据看晶片代鞋厂（）在该领域持续发力，因而我们预测后续晶片代鞋厂（）的份额有望逐渐增强。

2022年全球先进封装厂商资本支出占比（单位：%）

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