未來(lái)集成電路封測技術(shù)趨勢和我國封測業(yè)發(fā)展

　　摘要：介紹了全球集成電路封裝測試業(yè)的發(fā)展歷程、發(fā)展現狀、行業(yè)競爭格局和技術(shù)發(fā)展趨勢，并重點(diǎn)分析我國封裝測試業(yè)的發(fā)展現狀以及面臨的機遇和挑戰。研究結果表明，我國封裝測試業(yè)整體呈穩步增長(cháng)態(tài)勢，本土集成電路市場(chǎng)內生增長(cháng)前景廣闊，內資企業(yè)與外資、合資企業(yè)的技術(shù)、規模差距不斷縮小，我國封測業(yè)面臨前所未有的發(fā)展機遇。但是國內封測業(yè)的發(fā)展也面臨制造業(yè)漲薪潮、大批國際組裝封裝業(yè)向中國大陸轉移、整機發(fā)展對元器件封裝組裝微小型化等要求等重大挑戰。

　　關(guān)鍵字：集成電路封裝測試業(yè);發(fā)展現狀;競爭格局;技術(shù)趨勢

　　1、前言

　　封裝測試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈必不可少的環(huán)節。封裝是指對通過(guò)測試的晶圓進(jìn)行劃片、裝片、鍵合、封裝、電鍍、切筋成型等一系列加工工序而得到的具有一定功能的集成電路產(chǎn)品的過(guò)程。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，由于圓片級(WLP)、倒裝焊(FC)以及3維封裝技術(shù)(3D)的出現，顛覆了通常意義上封裝工藝流程。

　　封裝是保護芯片免受物理、化學(xué)等環(huán)境因素造成的損傷，增強芯片的散熱性能，以及將芯片的I/O端口聯(lián)接到部件級(系統級)的印制電路板(PCB)、玻璃基板等，以實(shí)現電氣連接，確保電路正常工作。測試主要是對芯片、電路以及老化后的電路產(chǎn)品的功能、性能測試等，外觀(guān)檢測也歸屬于其中。其目的是將有結構缺陷以及功能、性能不符合要求的產(chǎn)品篩選出來(lái)。目前，國內測試業(yè)務(wù)主要集中在封裝企業(yè)中，通常統稱(chēng)為封裝測試業(yè)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“封測業(yè)”)。

　　圖1集成電路產(chǎn)業(yè)鏈

　　2、集成電路封裝產(chǎn)業(yè)技術(shù)現狀

　　(1)集成電路封裝技術(shù)的發(fā)展

　　在集成電路產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)和技術(shù)的推動(dòng)下，集成電路封裝技術(shù)不斷發(fā)展，大體經(jīng)歷以下三個(gè)技術(shù)階段的發(fā)展過(guò)程：

　　第一階段是1980年之前以為代表的通孔插裝(THD)時(shí)代。這個(gè)階段技術(shù)特點(diǎn)是插孔安裝到PCB上，主要技術(shù)代表包括TO(三極管)和DIP(雙列直插封裝)，其優(yōu)點(diǎn)是結實(shí)、可靠、散熱好、功耗大，缺點(diǎn)是功能較少，封裝密度及引腳數難以提高，難以滿(mǎn)足高效自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。

　　第二階段是1980年代開(kāi)始的表面貼裝(SMT)時(shí)代，該階段技術(shù)的主要特點(diǎn)是引線(xiàn)代替針腳，由于引線(xiàn)為翼形或丁形，從兩邊或四邊引出，較THD插裝形式可大大提高引腳數和組裝密度。最早出現的表面貼裝類(lèi)型以?xún)蛇吇蛩倪呉€(xiàn)封裝為主，主要技術(shù)代表包括SOT(小外形晶體管)、SOP(小外形封裝)、QFP(翼型四方扁平封裝)等。采用該類(lèi)技術(shù)封裝后的電路產(chǎn)品輕、薄、小，提升了電路性能。性?xún)r(jià)比高，是當前市場(chǎng)的主流封裝類(lèi)型。

　　在電子產(chǎn)品趨小型化、多功能化需求驅動(dòng)下，20世紀末期開(kāi)始出現以焊球代替引線(xiàn)、按面積陣列形式分布的表面貼裝技術(shù)。這種封裝的I/O是以置球技術(shù)以及其它工藝把金屬焊球(凸點(diǎn))矩陣式的分布在基板底部，以實(shí)現芯片與PCB板等的外部連接。該階段主要的封裝形式包括球狀柵格陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、晶圓級芯片封裝(WLP)、多芯片封裝(MCP)等。BGA等技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，解決了多功能、高集成度、高速低功耗、多引線(xiàn)集成電路電路芯片的封裝問(wèn)題。

　　第三階段是21世紀初開(kāi)始的高密度封裝時(shí)代。隨著(zhù)電子產(chǎn)品進(jìn)一步向小型化和多功能化發(fā)展，依靠減小特征尺寸來(lái)不斷提高集成度的方式因為特征尺寸越來(lái)越小而逐漸接近極限，以3D堆疊、TSV(硅穿孔)為代表的三維封裝技術(shù)成為繼續延續摩爾定律的最佳選擇。其中3D堆疊技術(shù)是把不同功能的芯片或結構，通過(guò)堆疊技術(shù)，使其在Z軸方向上形成立體集成和信號連通以及圓片級、芯片級、硅帽封裝等封裝和可靠性技術(shù)為目標的三維立體堆疊加工技術(shù)，用于微系統集成。TSV是通過(guò)在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通，實(shí)現芯片之間互連的最新技術(shù)。與以往IC封裝鍵合和使用凸點(diǎn)的疊加技術(shù)不同，三維封裝技術(shù)能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。為了在允許的成本范圍內跟上摩爾定律的步伐，在主流器件設計和生產(chǎn)過(guò)程中采用三維互聯(lián)技術(shù)將會(huì )成為必然。

　　目前，全球集成電路封裝技術(shù)的主流正處在第二階段，3D疊裝、TSV等三維封裝技術(shù)還處于研發(fā)中，僅少數業(yè)內領(lǐng)先企業(yè)如三星、長(cháng)電科技等在某些特殊領(lǐng)域實(shí)現少量應用?，F階段，封裝測試技術(shù)的應用范圍及代表性產(chǎn)品如下表所示：

　　表1封裝技術(shù)應用領(lǐng)域及代表性封裝型式

　　(2)多種技術(shù)并存發(fā)展格局將長(cháng)期存在

　　經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，集成電路產(chǎn)業(yè)隨著(zhù)電子產(chǎn)品小型化、智能化、多功能化的發(fā)展趨勢，技術(shù)水平、產(chǎn)品結構、產(chǎn)業(yè)規模等都取得舉世矚目的成就。就集成電路封裝類(lèi)型而言，在它的三個(gè)階段發(fā)展過(guò)程中，已出現了幾十種不同外型尺寸、不同引線(xiàn)結構、不同引線(xiàn)間距、不同連接方式的電路。由于它們對應不同的應用需求，如，在功能上有大功率、多引線(xiàn)、高頻、光電轉換等，在中國及全球多元化的市場(chǎng)上，目前及未來(lái)較長(cháng)一段時(shí)間內都將呈現并存發(fā)展的格局：(1)直插封裝工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、功能較單一，雖然市場(chǎng)需求呈緩慢下降的趨勢，但今后幾年內仍有巨大的市場(chǎng)空間;(2)表面貼裝工藝中，兩邊或四邊引線(xiàn)封裝技術(shù)如SOP、PLCC、QFP、QFN、DFN等已發(fā)展成熟，由于其引腳密度大大增加且可實(shí)現較多功能，應用非常普遍，目前擁有三類(lèi)中最大的市場(chǎng)容量，未來(lái)幾年總體規模將保持穩定;面積陣列封裝技術(shù)如WLCSP、BGA、LGA、CSP等技術(shù)含量較高、集成度更高，現階段產(chǎn)品利潤高，產(chǎn)品市場(chǎng)處于快速增長(cháng)階段，但基數仍然相對較小;(3)高密度封裝工藝如3D堆疊、TSV等仍處于研發(fā)階段，鑒于該類(lèi)技術(shù)在提高封裝密度方面的優(yōu)異表現，待實(shí)用化后將迎來(lái)巨大的市場(chǎng)空間。

　　我國目前集成電路封裝市場(chǎng)中，DIP、SOP、QFP、QFN/DFN等傳統封裝仍占據我國市場(chǎng)的主體，約占70%以上的封裝市場(chǎng)份額;BGA、CSP、WLCSP、FC、TSV、3D堆疊等先進(jìn)封裝技術(shù)只占到總產(chǎn)量的約20%。主要市場(chǎng)參與者包括大量的中小企業(yè)、部分技術(shù)領(lǐng)先的國內企業(yè)和合資企業(yè)，市場(chǎng)競爭最為激烈。華潤安盛科技等中等規模國內企業(yè)由于工藝成熟、在直插封裝和表面貼裝中的兩邊或四邊引線(xiàn)封裝方面有技術(shù)創(chuàng )新，質(zhì)量管理和成本控制領(lǐng)先，近幾年來(lái)，經(jīng)濟社會(huì )效益好，企業(yè)發(fā)展快。在表面貼裝的面積陣列封裝領(lǐng)域，除了有技術(shù)、市場(chǎng)優(yōu)勢的跨國企業(yè)外，我國長(cháng)電科技、通富微電、華天科技等企業(yè)憑借其自身的技術(shù)優(yōu)勢和國家重大科技專(zhuān)項的支持，逐步接近甚至部分超越了國際先進(jìn)水平。高密度封裝工藝目前仍處于研發(fā)階段，尚未實(shí)現量產(chǎn)。

　　表2國內集成電路封裝測試行業(yè)競爭特征

　　3、我國封裝測試行業(yè)發(fā)展現狀

　　(1)封裝測試業(yè)整體呈穩步增長(cháng)態(tài)勢

　　最初的集成電路封測業(yè)，在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中，相對技術(shù)和資金門(mén)檻較低，屬于產(chǎn)業(yè)鏈中的“勞動(dòng)密集型”。由于我國發(fā)展集成電路封裝業(yè)具有成本和市場(chǎng)地緣優(yōu)勢，封測業(yè)相對發(fā)展較早。在國發(fā)[2000]18號《鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》頒布以后，在優(yōu)惠政策鼓勵和政府資金支持下，外資(包括臺資、港資)企業(yè)在中國設廠(chǎng)、海外歸國留學(xué)人員紛紛回國創(chuàng )辦企業(yè)，中資、民資大量投資集成電路企業(yè)，我國集成電路設計業(yè)、晶圓制造業(yè)也取得了長(cháng)足的發(fā)展。目前我國已形成集成電路設計、晶圓制造和封裝測試三業(yè)并舉的發(fā)展格局，封測業(yè)的技術(shù)含量越來(lái)越高，在集成電路產(chǎn)品的成本中占比也日益增加。

　　我國的封測業(yè)一直占據我國集成電路產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的半壁江山。在2001-2010年間，我國封測業(yè)除了2008和2009年小幅下滑以外，每年的增長(cháng)率均高于8%。近幾年，國內集成電路設計業(yè)和晶圓制造業(yè)增速明顯加快，封測業(yè)增速相對緩慢，但封測業(yè)整體規模處于穩定增長(cháng)階段。據中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )(CSIA)統計，我國近幾年封測業(yè)銷(xiāo)售額增長(cháng)趨勢如下表所示，從2012年起，銷(xiāo)售額已超過(guò)1000億元，2013年銷(xiāo)售額為1,098.85億元，同比增長(cháng)6.1%。

　　表32006-2013年我國集成電路封裝測試行業(yè)銷(xiāo)售額及增長(cháng)情況

　　資料來(lái)源：中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )《中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況報告(2014年版)》

　　圖2為我國2006-2013年間集成電路產(chǎn)業(yè)結構。從圖2可以看出，封測業(yè)仍然是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中占比最大的環(huán)節，占集成電路產(chǎn)業(yè)比重穩定在43%-51%之間。我國未來(lái)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會(huì )不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，在保持封測業(yè)持續增長(cháng)的情況下，設計業(yè)、晶圓制造業(yè)的占比增加，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的銷(xiāo)售“蛋糕”將加大。

　　圖22006-2013年我國集成電路產(chǎn)業(yè)結構

　　資料來(lái)源：中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )《中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況報告(2014年版)》

　　(2)國內企業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)規模進(jìn)一步提升

　　過(guò)去，國內企業(yè)的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規模落后于業(yè)內領(lǐng)先的外資、合資企業(yè)，但隨著(zhù)時(shí)間的推移，國內企業(yè)的技術(shù)水平發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規模得到進(jìn)一步提升。業(yè)內領(lǐng)先的企業(yè)，長(cháng)電科技、通富微電、華天科技等三大國內企業(yè)的技術(shù)水平和海外基本同步，如銅制程技術(shù)(用銅絲替代金絲，節約成本)、晶圓級封裝，3D堆疊封裝等。在量產(chǎn)規模上，BGA封裝在三大國內封測企業(yè)都已經(jīng)批量出貨，WLP封裝也有億元級別的訂單，SiP系統級封裝的訂單量也在億元級別。長(cháng)電科技2013年已躋身全球第六大封測企業(yè)，排名較2012年前進(jìn)一位。其它企業(yè)也取得了很大發(fā)展。

　　目前，國內三大封測企業(yè)憑借資金、客戶(hù)服務(wù)和技術(shù)創(chuàng )新能力，已與業(yè)內領(lǐng)先的外資、合資企業(yè)一并位列我國封測業(yè)第一梯隊;第二梯隊則是具備一定技術(shù)創(chuàng )新能力、高速成長(cháng)的中等規模國內企業(yè)，該類(lèi)企業(yè)專(zhuān)注于技術(shù)應用和工藝創(chuàng )新，主要優(yōu)勢在低成本和高性?xún)r(jià)比;第三梯隊是技術(shù)和市場(chǎng)規模均較弱的小型企業(yè)，缺乏穩定的銷(xiāo)售收入，但企業(yè)數量卻最多。

　　表4國內集成電路封裝測試企業(yè)類(lèi)別

　　4、我國封測業(yè)面臨的機遇和挑戰

　　目前我國封測業(yè)正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機遇。首先，國內封測業(yè)已有了一定的產(chǎn)業(yè)基礎，封裝技術(shù)已接近國際先進(jìn)水平，2013年我國集成電路封測業(yè)收入排名前10企業(yè)中，已有3家是國內企業(yè)。近年來(lái)國家出臺的《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》(國發(fā)〔2011〕4號)，2014年6月國務(wù)院印發(fā)的《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》等有關(guān)政策文件，進(jìn)一步加大了對集成電路產(chǎn)業(yè)的支持，國內新興產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的拉動(dòng)，也促進(jìn)了集成電路產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。海思半導體、展訊、銳迪科微電子、大唐半導體設計有限公司等國內設計企業(yè)的崛起將為國內封測企業(yè)帶來(lái)更多的發(fā)展機會(huì )。

　　表52013年國內IC封測業(yè)收入排名前10企業(yè)

　　資料來(lái)源：中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )《中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況報告(2014年版)》

　　此外，由于全球經(jīng)濟恢復緩慢，加上人力成本等諸多原因，國際半導體大公司產(chǎn)業(yè)布局正面臨大幅調整，關(guān)停轉讓下屬封測企業(yè)的動(dòng)作頻繁發(fā)生，如：日本松下集團已將在印度尼西亞、馬來(lái)西亞、新加坡的3家半導體工廠(chǎng)出售。日本松下在中國上海和蘇州的封測企業(yè)也在尋求出售或合作伙伴。英特爾近期也表示，該公司將在2014年的二、三兩個(gè)季度內，將已關(guān)閉工廠(chǎng)的部分業(yè)務(wù)轉移至英特爾位于中國等地現有的組裝和測試工廠(chǎng)中。歐美日半導體巨頭持續從封測領(lǐng)域退出，對國內封測業(yè)的發(fā)展也非常有利。

　　但是，國內封測業(yè)的發(fā)展也面臨制造業(yè)漲薪潮(成本問(wèn)題)、大批國際組裝封裝業(yè)向中國大陸轉移(市場(chǎng)問(wèn)題)、整機發(fā)展對元器件封裝組裝微小型化等要求(技術(shù)問(wèn)題)等重大挑戰。國內封測企業(yè)必須通過(guò)增強技術(shù)創(chuàng )新能力、加大成本控制、提升管理能力等措施，才能在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)競爭中立于不敗之地。

　　5、結束語(yǔ)

　　目前，集成電路封裝根據電路與PCB等系統板的連接方式，可大致分為直插封裝、表面貼裝、高密度封裝三大類(lèi)型。國內封裝業(yè)主要以直插封裝和表面貼裝中的兩邊或四邊引線(xiàn)封裝為主，這兩大封裝類(lèi)型約占我國70%的市場(chǎng)份額。國內長(cháng)電科技、通富微電、華天科技等企業(yè)已成功開(kāi)發(fā)了BGA、WLCSP、LGA等先進(jìn)封裝技術(shù)，另有部分技術(shù)實(shí)力較強，經(jīng)濟效益好的企業(yè)也正在加大對面積陣列封裝技術(shù)的研發(fā)力度，滿(mǎn)足市場(chǎng)對中高端電路產(chǎn)品的需求。隨著(zhù)電子產(chǎn)品繼續呈現薄型化、多功能、智能化特點(diǎn)，未來(lái)集成電路封裝業(yè)將向多芯片封裝、3D封裝、高密度、薄型化、高集成度的方向發(fā)展。

　　由于我國封測產(chǎn)業(yè)已具備一定基礎，隨著(zhù)我國集成電路設計企業(yè)的崛起和歐美日國際半導體巨頭逐漸退出封測業(yè)，我國封測產(chǎn)業(yè)面臨前所未有的發(fā)展機遇，同時(shí)也需要應對各種挑戰。展望未來(lái)，國內封測企業(yè)必須通過(guò)增強技術(shù)創(chuàng )新能力、加大成本控制、提升管理能力等措施，才能在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)競爭中立于不敗之地。我國的封裝業(yè)發(fā)展前途一片光明。

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