自10月31日,华为公布一项 “半导体封装”专利以来,A股先进封装概念就此起彼伏,不断的有相关个股走强。其中,文一科技、壹石通、至正股份、元成股份等个股11月以来最大涨幅均超50%。11月17日,板块内相对低位的个股华海诚科、中富电路、宏昌电子、光华科技等涨停。
那么,先进封装到底是什么?近期走强的逻辑又是什么呢?A股又有哪些公司有布局呢?
先进封装市场规模将超3000亿
先进封装之所以获得资金青睐,主要是由于集成电路制程工艺短期内难以突破,通过先进封装技术提升芯片整体性能,成为了集成电路行业技术发展趋势。尤其对于我国而言,先进制程工艺受限,通过先进封装实现技术突破是一个不错的办法。
一般来说,半导体制造工艺可分为前道晶圆制造和后道封装测试,封装是将晶圆连接到元器件的过程,属于影响半导体器件性能和稳定性的重要环节。
封装技术分为先进封装和传统封装,二者主要以是否采用焊线来区分。传统封装不涉及光刻工序,切割后的晶圆通过焊线工艺实现芯片与引线框架的电性连接,从而完成芯片内外部的连通。
先进封装主要利用光刻工序实现线路重排(RDL)、凸块制作(Bumping)及三维硅通孔(TSV)等工艺技术,涉及涂胶、曝光、显影、电镀、去胶、蚀刻等工序,包含倒装芯片(FC)封装、晶圆级封装(WLP)、2.5D封装、3D封装等。
相比常规封装,先进封装具有小型化、轻薄化、高密度、低功耗和功能融合等优点,不仅可以提升性能、拓展功能、优化形态,相比系统级芯片(SoC)还可以降低成本,成为了后摩尔时代的主流发展方向。
对比传统封装,SiP、WLCSP等先进封装依靠其高集成度和更好的性能表现,更多适用于设备大小受限,却需要高性能需求的场景中。例如,随着手机越来越轻薄,要在有限的空间里塞入更多组件就要求芯片的制造技术和封装技术都要更先进。
人工智能(AI)引发的算力需求,在很大程度上也推动了先进封装的发展,例如英伟达的算力芯片供货就受到了供应商的先进封装产能不足的制约。
根据JW Insights和Yole的统计与预测,全球先进封装市场规模有望从2021年350亿美元上升至2026年482亿美元(超3000亿人民币),复合增速约为8%。
多家半导体巨头布局先进封装
目前台积电已成为先进封装技术创新的引领者之一,相继推出了基板上晶圆上的芯片(CoWoS)封装、整合扇出型(InFO)封装、系统整合芯片(SoIC)等;据台积电预计,AI加速发展带动先进封装CoWos需求快速增长,目前其CoWos产能供应紧张,2024-2025年将扩产,2024年其CoWos产能将实现倍增。
英特尔推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等先进封装技术,力图通过2.5D、3D和埋入式3种异质集成形式实现互连带宽倍增与功耗减半的目标;三星电子推出了扇出型面板级封装(FOPLP)技术,在大面积的扇出型封装上进一步降低封装体的剖面高度、增强互连带宽、压缩单位面积成本,取得性价比的优势。
如,2020年英伟达发布的A100 GPU芯片,就是采用了台积电第4代CoWos技术,将一颗英伟 达A100 GPU芯片和6个三星电子的HBM2集成在一个1700mm2的无缘转接板上,每个HBM集成1颗逻辑芯片和8个DRAM,基本为12层倒装芯片球栅格阵列(FCBGA)基板。
先进封装设备和材料都将受益
先进封装工艺可以分成“晶圆级工艺、芯片级封装工艺、塑料封装工艺及以后”这三段工艺来看。
1)晶圆级工艺:所有工艺加工均在晶圆上进行,其中WLP封装发展较为迅速,其关键技术包括重新布线技术(RDL)、凸点制造技术(Bumping)、硅通孔互连技术(TSV)、扇出技术(Fan—out)、晶圆减薄技术(需要带凸点晶圆减薄机)以及晶圆划片技术(带凸点晶圆划片机);其它先进封装形式如BGA、CSP、3D封装和SiP所涉及的晶圆工艺主要为晶圆减薄技术和晶圆划片技术,需要晶圆划片机与晶圆减薄机等封装设备。
2) 芯片级封装工艺:主要在芯片级进行加工,把芯片从晶圆上取下,安装到引线框架、多层基板或载体上的装片工艺需使用装片机(DB),用引线键合或倒装芯片方法完成芯片上焊盘和引线框架、多层基板或载体上引脚的连接的键合工艺需使用引线键合机或倒装芯片键合机。
3) 塑封及后序工艺:主要为把安装好和键合好的芯片用塑封料进行包封,然后再固化、打印、切割、测试、编带包装等,需要非对称塑封压机与固化炉等封装设备。
先进封装对封装设备提出更高的技术要求。以晶圆减薄机和划片机为例,受益于3D堆叠封装驱动,晶圆减薄目前应用需减薄到大约50μm,而在将来需减薄到约25μm以下,超薄晶圆对机械应力和热应力非常敏感,要求划片过程应力残留越小越好。
先进封装设备投资额约占产线总投资的87%,2021年全球先进封装340亿美元市场,则对应设备市场空间预计超过290亿美元。
相较传统封装,先进封装对固晶机、研磨设备精度要求更高,对测试机的需求量增多,同时因为多了凸点制造、RDL、TSV等工艺,产生包括光刻设备、刻蚀设备、深孔金属化电镀设备、薄膜沉积设备、回流焊设备等在内的新需求。
我国先进封装设备国产化率整体低于15%,后道测试机、分选机是国产替代进展最快的环节,国产化率超过10%;贴片机、划片机等后道设备国产化率仅约3%;TSV深硅刻蚀、TSV电镀设备、薄膜沉积等制程设备几乎都进口自海外,国产化率有望逐步提升。
先进封装材方面,先进封装的关键材料包括焊锡膏(SolderPaste)、底部填充胶(Underfill)、高性能热界面材料(TIM)、临时键合胶(TBA)、光敏性聚酰亚胺(PSPI)、光敏树脂(BCB)等。
面对元器件小型化、高密度化、多功能化,系统级封装(SiP)中的元件数量不断增加;更小空间,更多电子功能导致更高功率密度功率损耗带来的更多热量以及系统的相较低成本更为重要的挑战,先进封装对材料的力、热、电等各方面性能均提出更严格要求以保障芯片性能与可靠性。
多家A股公司已布局先进封装
先进封装作为可能我国可能在芯片领域实现弯道超车的技术,相关封装设备和材料公司都将有望受益。笔者根据上市公司相关资讯、公告等信息,梳理发现,A股已有多家公司布局先进封装领域。
如,文一科技曾在互动平台表示“公司正在研发的晶圆级封装设备属于先进封装专用工艺设备,该设备基于12寸晶圆,可直接进行塑封,适用于FoWLP形式的封装。该设备可用于高性能CPU/GPU/AI、低延迟低功耗的5G芯片以及3D NAND多层堆叠的先进塑封工艺等方面”。
风险揭示
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