近日,国务院高层在北京调研集成电路产业发展并主持召开座谈会:发展集成电路产业必须发挥新型举国体制优势,用好政府和市场两方面力量。
集成电路是国之重器,设计、制造和封装是集成电路产业发展的三大支柱,今天重点对先进封装发展趋势及竞争格局进行分析。
封装是指将生产加工后的晶圆进行切割、焊线塑封,使电路与外部器件实现连接,并为半导体产品提供机械保护,使其免受物理、化学等环境因素损失的工艺。
我们知道芯片制程工艺发展到10nm以下水平后,“摩尔定律”迭代进程放缓,芯片成本攀升问题逐步显现。
随着半导体先进制程不断往7nm、5nm,甚至以下迈进,晶片设计与制造工艺微缩的难度、成本与开发时间均呈现跳跃式的增长。
所以未来先进封装将成为超越摩尔定律的关键赛道。
先讲什么是摩尔定律:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,芯片的性能也将提升一倍。
但是先进制程发展到 3 纳米以下开始接近物理极限,短道沟效应导致的漏电、功耗严重等问题,使得晶体管缩小的技术发展日渐困难,成本也愈来愈高,因此有必要利用其他手段缩小集成电路的尺寸同时降低成本。
所谓的 More than Moore (超越摩尔定律)是指以系统应用的概念为出发点,不执着在晶体管的制程点缩小的摩尔定律,而更应该将各种技术进行异质整合,其中最重要的方法之一就是先进封装技术。
先进封装技术能进一步提高芯片的集成度并且降低芯片制造的成本,同时暂不涉及到去突破量子隧穿效应等物理极限问题,已经成为超越摩尔定律的关键赛道。
先进封装技术与传统封装技术,通常以是否焊线来区分:
传统的封装技术:通常指先将晶圆切割成单个芯片,再进行封装的工艺形式,其包括双排直立式封装 DIP 与球格阵列封装BGA,需要焊接线路;
先进封装:包括倒装(FlipChip)、凸块(Bumping)、晶圆级封装(WLP)、2.5D 封装(interposer,RDL 等)、3D 封装(TSV)等封装技术,其技术并不需要用到线路焊接的方式。
1)倒装:先在芯片上制作金属凸点,然后将芯片面朝下利用焊料直接与基板互连。优点是封装面积减小,引线互连长度缩短,I/O 端口数量增加。
2)WLP(晶圆级封装):直接以晶片为加工对象,同时对晶片上的众多芯片进行封装及测试,最后切割成单颗产品,可以直接贴装到基板或 PCB 上。
优点是封装产品轻薄短小,信号传输路径更短,在生产方面可大大提高加工效率,降低成本。
3)2.5D 封装:在 2D 封装结构的基础上,在芯片和封装载体之间加入了一个硅中介转接层,该中介转接层上利用硅通孔(TSV)连接其上、下表面的金属。
优点是产品在容量及性能上比 2D 结构得到巨大提升。
4)3D 封装(立体封装):是将芯片与芯片直按堆叠,3D 结构进一步缩小了产品尺寸,提高了产品容量和性能。
优点是3D 结构进一步缩小了产品尺寸,提高了产品容量和性能。但目前,散热较差、成本较高是制约 TSV 技术发展的主要因素。
先进封装未来市场规模:2026 年将占整个封装市场规模的 50%以上。
先进封装被广泛应用于计算机、通信、消费类电子、医疗、航天等领域,推动着封装技术及整个电子行业向前发展。
目前,倒装芯片、2.5D 封装、3D 封装主要用于存储器、中央处理器(CPU)、图像处理器(CPU)等;WLP主要应用于功率放大器、无线连接器件、射频收发器等。
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%,远高于对传统封装市场的预期。
与传统封装相比,先进封装的应用正不断扩大,预计到 2026 先进封装将占到整个封装市场规模的 50%以上。
封测市场目前的竞争格局
1)日月光和Amkor为全球封测龙头。
日月光为全球最大半导体制造服务公司之一,自1984年成立,专注于提供半导体客户完整之封装及测试服务,连续多年全球市占率排名第一,2020-2021年全球市占率高达27%。
Amkor是全球半导体封装和测试外包服务业中最大的独立供应商, 2020-2021年全球市占率都在13%左右,全球市占率排名第二。
2)我国的集成电路封测市场较为集中,市场竞争较为激烈。
目前,我国液晶集成电路封装市场,位于竞争第一梯队的有长电科技(全球第三、国内第一)、通富微电(全球第五、国内第二)、华天科技(全球第六、国内第三)。三者跻身2020年全球前十大封测厂商。
第二梯队有晶方科技、太极实业等企业,其规模较第一梯队有所差距;其他中低端封测制造商处于竞争第三梯队。
2022年全球半导体市场表现不佳,但从全年营收来看,龙头委外封测企业仍然交出了相对亮眼的成绩单。
据已公布年度预告显示,2022年委外封测整体营收同比+9.82%,达到3154亿元,其中前十强的营收达到2459亿元,同比+10.44%。
公开数据显示,2022年,长电科技营收同比+10.74%,市占率提升了0.09%。通富微电在市场环境欠佳的情况下,2022年营收仍超过200亿元,同比+30%,力压力成科技成为全球第四大封测公司。
说明市场波动加剧寡头效应,但市占率排名相对靠后的企业却不乐观。
排名第九以及第十的颀邦和南茂在2022年的营收双双下滑,颀邦是自2019年以来营收首次出现负增长,年营收增长率较2021年相比减少11.72%,市占率减少0.43%;
南茂则是自2016年以来营收首次出现负增长,年营收同比减少14.55%,市占率减少0.49%。
从2021年年末以来,虽然汽车芯片、工控芯片等市场需求仍较为稳健,但消费类通用芯片产品市场需求逐渐放缓,自2022年第一季度开始,封测行业常规的系列产品的订单量下跌了20%~30%。
对于一线封测厂商而言,在产能紧缺时期与IC设计客户已经签订了产能保障合同,通过绑定优质行业头部客户确保公司订单持续。
但中小型封测厂商在缺少一线封测厂的外溢订单后,市场需求疲软导致部分厂商出现产能利用率不足的情况,产能会进一步向龙头企业迁移。
虽然目前封测产业处于波动期,但是封测龙头企业几乎均在汽车电子领域发力,使汽车电子成为难得的仍在高速增长的下游市场,而且未来增长也比较乐观。
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