產(chǎn)研 | 先進(jìn)封測趨勢下本土OSAT迎拐點(diǎn)

芯片制造技術(shù)的高精密化已經(jīng)成為摩爾定律持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，技術(shù)創(chuàng)新和迭代的推動力正在從設(shè)計(jì)、制造向封裝測試延伸。作為芯片制造的后道工序，封裝向中道擴(kuò)展，其價值早已不是簡單的“對晶圓進(jìn)行切割、焊線塑封，使集成電路與外部器件實(shí)現(xiàn)電氣連接、信號連接的同時，對集成電路提供物理、化學(xué)保護(hù)”的基本定義。

全球市場規(guī)模穩(wěn)定增長

這一價值驅(qū)動的趨勢在全球相關(guān)市場規(guī)模中得到體現(xiàn)。過去幾年，全球封測市場一直保持著平穩(wěn)的增長。單就OSAT（封測代工）而言，2011年，全球相關(guān)市場規(guī)模為455億美元，到2020年，增長到594億美元，2012～2020 年封測市場規(guī)模的CAGR為3.0%；如果加上IDM，2019年全球封測市場規(guī)模已達(dá)680億美元，預(yù)計(jì)到2025年市場規(guī)模可達(dá)850億美元，2020～2025年的CAGR有望達(dá)到4%。

全球OSTA前25營收統(tǒng)計(jì)
來源：Yole Developpement

2020年，全球OSAT營收337億美元，按企業(yè)所屬地理區(qū)域劃分，中國臺灣地區(qū)占比最高，達(dá)52%，其后依次是中國大陸21%，美國15%，韓國6%，馬來西亞3%，新加坡2%，日本1%。

全球OSAT營收區(qū)域排名
來源：與非研究院

就業(yè)務(wù)占比看，封裝環(huán)節(jié)占據(jù)封測價值量的絕大部分，占整個封測市場份額的80～85%，測試環(huán)節(jié)占整個封測市場份額約15～20%。

其中，傳統(tǒng)封裝的市場營收增長穩(wěn)健，預(yù)計(jì)到2026年達(dá)到500億美元，CAGR（2020年～2026年）為4.3%，屆時全球總體封裝市場營收將達(dá)到954億美元，CAGR為6%。

雖然，傳統(tǒng)封裝依然是業(yè)務(wù)主力，但下游應(yīng)用端如手機(jī)、HPC、5G、AI等對高算力、高集成化芯片的需求提升使得先進(jìn)封裝技術(shù)成為未來的發(fā)展趨勢。例如英偉達(dá)的 GPU采用臺積電的CoWoS 2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)；AMD在中高端CPU/GPU領(lǐng)域市占率不斷提升的同時，已推出5nm制程Zen-4架構(gòu)新產(chǎn)品，對FCBGA、FCPGA、FCLGA等倒裝封裝以及2.5/3D等先進(jìn)封裝的需求旺盛。

先進(jìn)封裝成為趨勢

這一趨勢的動因在于芯片的日趨復(fù)雜，以及在突破摩爾定律上的各種努力。當(dāng)前，異構(gòu)集成已經(jīng)成為半導(dǎo)體創(chuàng)新的關(guān)鍵，先進(jìn)封裝可以提高半導(dǎo)體產(chǎn)品的價值，增加功能，維持和提高性能，同時降低成本。而針對消費(fèi)市場，提高性能和個性化應(yīng)用的SiP封裝也正在加快應(yīng)用。

2020年，全球先進(jìn)封裝市場的營收達(dá)300億美元，到2026年將達(dá)到475億美元，CAGR為7.4%。與此同時，先進(jìn)封裝在整個半導(dǎo)體封裝市場中的占有率也在不斷增加，到2026年，市占率將接近50%。在此期間，3D堆疊, ED和扇出型封裝(Fan Out，F(xiàn)O)將成為增長主力, CAGR分別為22%, 25%和15%。Yole預(yù)計(jì)，全球FO封裝市場規(guī)模到2026年將從2020年的14.75億美元增長到34.25億美元，CAGR達(dá)15.1%。

先進(jìn)封裝市場規(guī)模高速增長
來源：Yole Developpement

隨著先進(jìn)封裝技術(shù)向更高密度發(fā)展，高密度先進(jìn)互聯(lián)成為重要課題，TSV技術(shù)，UBM/RDL等互連技術(shù)被更多地使用。且隨著TSV孔尺寸向亞微米發(fā)展、封裝節(jié)距尺寸以及L/S越來越小，對先進(jìn)封裝設(shè)備在更小線寬處理、顆粒控制、工藝精度控制、自動化等方面提出了更高的要求，這使得原本是后道工序的封裝向中道靠近，進(jìn)而封測行業(yè)的分工發(fā)生了變化。

目前，從先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)營收的市占率看，以TSMC為代表的晶圓代工廠優(yōu)勢明顯。

先進(jìn)封裝市場晶圓代工廠競爭優(yōu)勢明顯
來源：Yole Developpement

毫無疑問，高精密芯片封測技術(shù)已經(jīng)扛起了后摩爾時代產(chǎn)業(yè)發(fā)展大旗，芯片制造技術(shù)正在從先進(jìn)封裝邁入高精密封測技術(shù)革新時代，高端系統(tǒng)級應(yīng)用正在推動高精密封測同設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、晶圓制造等上下游產(chǎn)業(yè)鏈的深度技術(shù)協(xié)作。

在這一過程中，一些創(chuàng)新技術(shù)也開始導(dǎo)入，例如利用原生創(chuàng)新的深度學(xué)習(xí)技術(shù)擴(kuò)展工業(yè)視覺檢測的邊界，以克服先進(jìn)封裝技術(shù)的快速迭代和工藝變化對良率控制和檢測技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)。

投資不斷加碼

先進(jìn)封裝創(chuàng)造了豐厚的利潤，OSAT和晶圓代工廠都在加大相關(guān)研發(fā)、產(chǎn)能和投資的投入。2020年，OSAT的資本支出同比增長了27%，約為60億美元。異構(gòu)集成的主要競爭者，如ASE、TSMC、英特爾、Amkor和長電科技，都在過去兩年進(jìn)行了前所未有的投資。

2021年，ASE拿出20億美元，專門投資于通過EMS活動蓬勃發(fā)展的系統(tǒng)級封裝業(yè)務(wù)，以及其晶圓級封裝業(yè)務(wù)。ASE提高了SiP方案在設(shè)計(jì)與制造服務(wù)中的比例，加大利用埋置式基板（Embedded substrate）及FO技術(shù)使封裝產(chǎn)品輕薄短小并具備低熱阻、高可靠度功能的研發(fā)。華為海思的Hi1382就選擇了ASE的 FO CoS15封裝技術(shù)。

TSMC的先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)在2020年創(chuàng)造了約36億美元的收入。該公司2021年對SoIC, SoW和InFO以及CoWoS產(chǎn)品線特別設(shè)計(jì)的先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的資本支出為28億美元。2022年預(yù)計(jì)將投入42～44億美元，擴(kuò)充先進(jìn)封裝的產(chǎn)能。

英特爾對各種先進(jìn)封裝組合的投資，如Foveros, EMIB, Co-EMIB，是其實(shí)施IDM2.0戰(zhàn)略的關(guān)鍵。該公司在亞利桑那州和俄勒岡州的工廠擴(kuò)大了Foveros/EMIB“混合”封裝制造，實(shí)現(xiàn)管芯到管芯的互連，并在與TSMC SoIC產(chǎn)品線的競爭中加速混合鍵合的進(jìn)程。

三星也正在積極投資先進(jìn)封裝技術(shù)，以促進(jìn)其代工業(yè)務(wù)，與TSMC競爭。

異構(gòu)集成主要玩家正在加大投資
來源：Yole Developpement

除了直接的投入，資本并購也是一個主旋律。例如2015年長電科技收購全球第四大封測廠星科金朋；2016年Amkor收購J-Devices、通富微電收購AMD蘇州；2017年ASE收購矽品電子；2019年華天科技收購馬來西亞封測廠商Unisem；2020年智路資本收購新加坡UTAC，2021年收購了力成新加坡凸塊業(yè)務(wù)，同年又收購了ASE在中國國內(nèi)的4家封測廠。通過收購，全球封測產(chǎn)業(yè)的集中度進(jìn)一步提高，而中國國內(nèi)的封測產(chǎn)業(yè)發(fā)展也進(jìn)入到一個新的增長周期。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)迎來拐點(diǎn)

目前，國內(nèi)的封裝業(yè)主要以傳統(tǒng)封裝產(chǎn)品為主，不過，近幾年通過并購，國內(nèi)廠商已經(jīng)快速積累起先進(jìn)封裝技術(shù)，實(shí)力已經(jīng)基本和前沿趨勢同步，BGA、TVS、WLCSP、SiP等先進(jìn)封裝技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。當(dāng)然，從營收貢獻(xiàn)看，目前先進(jìn)封裝營收占比在國內(nèi)封裝廠相較于中國臺灣和美國廠商還存在差距。按市占率看，全球排名前十的封裝測試企業(yè)中，中國臺灣5家公司的市占率為44.1%；中國大陸3家公司市占率僅為20.1%。

當(dāng)然，國內(nèi)封測市場規(guī)模的增長持續(xù)高于全球水平。據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，國內(nèi)封測市場規(guī)模由2011 年的975.7億元增長至2020年的2509.5億元，2012～2020年，中國大陸封測市場規(guī)模CAGR約為11.1%，增速明顯高于同期全球水平。

這也反映出全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分工的變化，當(dāng)前，國內(nèi)已經(jīng)成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)能第三次轉(zhuǎn)移的主要地區(qū)，晶圓廠建設(shè)迎來高峰期，因而帶動了下游封裝測試市場的發(fā)展。2021年前三季度集成電路封裝測試行業(yè)的營收和凈利潤分別617.61億元和57.01億元，同比增長分別為31.20%和113.01%，利潤率持續(xù)提升的同時也提高了國內(nèi)封測產(chǎn)業(yè)的話語權(quán)。

綜觀國內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，封測是其中與國際領(lǐng)先水平差距最小的板塊，2004～2015年在國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中價值量占比最高，2020年占國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)市場規(guī)模的28.4%。目前，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中設(shè)計(jì)、制造、封測的市場規(guī)模占比正逐步趨向于國際上3:4:3的平均水平，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于平衡。隨著國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)性改善的推進(jìn)，IC設(shè)計(jì)、制造與封測的協(xié)同效應(yīng)開始顯現(xiàn)，封測行業(yè)發(fā)展有望提速。

據(jù)與非研究院統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)本土提供半導(dǎo)體封測服務(wù)的相關(guān)企業(yè)約99家（截止2021年），主要分布在江蘇（31家）、廣東（23家）和上海（11家）地區(qū)。文末附本土半導(dǎo)體封測企業(yè)名錄。

國內(nèi)本土半導(dǎo)體封測服務(wù)相關(guān)企業(yè)分布
來源：與非研究院

如前文分析，通過并購，國內(nèi)本土封測企業(yè)已完成對主要先進(jìn)封裝工藝的全覆蓋，包括晶圓級封裝、系統(tǒng)級封裝（SiP）、倒裝封裝（FC）、2.5D/3D 封裝等，實(shí)現(xiàn)技術(shù)協(xié)同。目前，國內(nèi)非本土封測企業(yè)主要是ASE、Amkor、力成、京元、南茂和頎邦，本土龍頭企業(yè)包括長電科技、通富微電、華天和晶方。

其中，長電科技在晶圓級、2.5/3D等封裝技術(shù)方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位；通富微電在倒裝封裝、高端處理器封測領(lǐng)域居領(lǐng)先地位。而一些新進(jìn)的封測企業(yè)也主攻高端IC的封裝和測試，例如卷入挖角風(fēng)波的甬矽電子。

本土企業(yè)在提高技術(shù)協(xié)同能力的同時，也已在海外進(jìn)行產(chǎn)能布局，例如長電星科金朋、通富檳州、華天 Unisem等子公司的主要產(chǎn)能都在海外。

發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)

一方面，國內(nèi)本土的封測廠商通過資本并購實(shí)現(xiàn)了技術(shù)協(xié)同、市場整合和產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)張，另一方面，產(chǎn)業(yè)宏觀生態(tài)環(huán)境的變化也給本土封測廠商創(chuàng)造了發(fā)展機(jī)遇。

這個宏觀生態(tài)環(huán)境有兩個重點(diǎn)：一是AI、5G、 HPC、汽車電子、智能可穿戴設(shè)備等新興應(yīng)用端帶來了強(qiáng)勁的半導(dǎo)體產(chǎn)品市場的需求，其增量為國內(nèi)封測產(chǎn)業(yè)提供了增長空間；二是國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處于以“自主可控”為重心的發(fā)展周期，這部分增量需求必將進(jìn)一步催化本土封測產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

雖然發(fā)展可期，但本土封測產(chǎn)業(yè)也面臨諸多挑戰(zhàn)。

首先是技術(shù)協(xié)同，如前文分析，先進(jìn)封裝已經(jīng)成為未來主導(dǎo)競爭力的關(guān)鍵，并且已經(jīng)改變了封測行業(yè)的分工?？傮w而言, 傳統(tǒng)屬于OSAT和IDM領(lǐng)域的封裝業(yè)務(wù)已經(jīng)被晶圓代工廠、基板廠所滲透，先進(jìn)封裝正在向原本是前道的代工廠轉(zhuǎn)移并為之所導(dǎo)。例如TSMC的InFO、CoWoS，基板廠AT&S、ACEESS的ECP技術(shù)等。

封裝技術(shù)演進(jìn)路線
來源：Yole Developpement

目前，高性能芯片工藝用到的TSV、3D、熔融鍵合和混合鍵合等技術(shù)，主要都掌握在晶圓代工廠，原因在于其掌握設(shè)備能力并主導(dǎo)制程工藝。原本，封測廠和代工廠之間是合作關(guān)系，可以互通完整的晶圓級設(shè)計(jì)，OSAT長期以來一直集成來自多個不同供應(yīng)商的裸片，因?yàn)樗鼈儾槐灰暈榇じ偁帉κ?。但?dāng)代工廠也開始進(jìn)行封裝業(yè)務(wù)，并且是主導(dǎo)性的先進(jìn)封裝，那無疑會改變原本的合作關(guān)系，而封測廠在技術(shù)協(xié)同上必將面臨這種情況帶來的挑戰(zhàn)。

不過，存儲的情況比較特別，如果把存儲放進(jìn)來看，國內(nèi)在先進(jìn)封裝上的發(fā)展另有支撐。從市場規(guī)?？?，2020年全球存儲器封裝市場的總價值為131億美元，到2026年增長到198億美元，CAGR約7%。

全球存儲封裝市場營收
來源：Yole Developpement

不同于價格波動劇烈的獨(dú)立存儲器市場，存儲器封裝市場更加穩(wěn)定，因?yàn)榇蟛糠謽I(yè)務(wù)都是IDM在其內(nèi)部進(jìn)行的。Yole統(tǒng)計(jì)，2020年全球大約68%的存儲器封裝收益由IDM廠商產(chǎn)生，其余32%由OSAT產(chǎn)生。

2020-2026內(nèi)存封裝市場收入:IDM vs OSAT
來源：Yole Developpement

但中國的情況不同。中國正在加快國產(chǎn)存儲器的發(fā)展，長江存儲（NAND）和長鑫存儲（DRAM）正在加大各自的的晶圓產(chǎn)量。但這兩家廠商沒有成熟的內(nèi)部封裝能力，必須將所有封裝外包給OSAT?；诘寡b芯片封裝的DRAM和基于3D堆疊技術(shù)的NAND的增長為封裝企業(yè)帶來了機(jī)遇，可以說，存儲器封裝是本土OSAT廠商先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的關(guān)鍵商機(jī)。

根據(jù)Yole的測算，中國存儲器制造商為OSAT帶來的收益可能從2020年的不到1億美元增長到2026年的約11億美元。這相當(dāng)于2020年至2026年間的CAGR為55%。針對這一獨(dú)特商機(jī)，國內(nèi)三大主要廠商長電科技、通富微電和華天都已經(jīng)有所布局。

除了技術(shù)協(xié)同的挑戰(zhàn)，設(shè)備和材料也面臨不小的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)先進(jìn)封裝工藝所對應(yīng)的高端封裝測試設(shè)備和材料均為進(jìn)口。隨著地緣政治對國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)環(huán)境負(fù)面影響的加劇，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間互相支持，驗(yàn)證并使用國產(chǎn)設(shè)備和材料，以克服外圍不利因素，都不會是短期內(nèi)能夠跨越的障礙。

最后也是最關(guān)鍵的，還是人才。目前武漢、合肥、廈門、南京、成都、重慶、西安等地均在大力推進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，人才供給面臨緊缺，尤其是高端人才。本土封測行業(yè)人才的引進(jìn)、培養(yǎng)和留用還任重道遠(yuǎn)。需要政府，學(xué)校和企業(yè)，從人才的選、育、用、留方面，從制度到政策給予全方面的支持。

結(jié)語

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入后摩爾定律時代，芯片特征尺寸已接近物理極限，封測中道的崛起已成為延續(xù)摩爾定律的必然選澤。圍繞這一選擇，顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新將成為驅(qū)動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的關(guān)鍵。

未來十年，集成電路將主要通過異質(zhì)異構(gòu)系統(tǒng)集成來提升密度和性能，實(shí)現(xiàn)功耗的降低，以及集成更多的功能。在這一過程中，先進(jìn)封測技術(shù)成為整個行業(yè)的熱點(diǎn)，對國內(nèi)封測的上下游產(chǎn)業(yè)鏈而言，既有機(jī)遇也更有挑戰(zhàn)。

作為芯片設(shè)計(jì)、制造、封測三大板塊中與國際先進(jìn)水平差距最小的行業(yè)，國內(nèi)封測產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過并購潮之后，其發(fā)展的內(nèi)生動力已經(jīng)從規(guī)模擴(kuò)張向自主技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)協(xié)同，以及國際生態(tài)建設(shè)等轉(zhuǎn)移。而基于國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，地緣政治變化影響下的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇催化，以及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期規(guī)律等因素，與非研究院認(rèn)為，國內(nèi)整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，封測產(chǎn)業(yè)將率先實(shí)現(xiàn)從“跟隨”到“同步”。

附錄：本土半導(dǎo)體封測企業(yè)名錄