先進(jìn)封裝發(fā)展迅速，集成電路封裝材料國產(chǎn)替代進(jìn)程加快

來(lái)源：財通證券

一、后摩爾時(shí)代，先進(jìn)封裝重要性凸顯，Chiplet成為未來(lái)發(fā)展方向

摩爾定律迭代減緩，5nm以下先進(jìn)制程開(kāi)發(fā)難度及成本難度提升。長(cháng)期以來(lái)，芯片制程微縮技術(shù)一直驅動(dòng)著(zhù)摩爾定律的延續。從1987年的1um制程到2015年的14nm制程，芯片制程迭代速度一直遵循摩爾定律的規律，即芯片上可以容納的晶體管數目在大約每經(jīng)過(guò)18個(gè)月到24個(gè)月便會(huì )增加一倍。但2015年以后，芯片制程的發(fā)展速度進(jìn)入了瓶頸期，7nm、5nm制程的芯片量產(chǎn)進(jìn)度均落后于預期。全球領(lǐng)先的晶圓代工廠(chǎng)臺積電3nm制程芯片量產(chǎn)遇阻，2nm制程芯片的量產(chǎn)更是排到了2024年后，芯片制程工藝已接近物理尺寸的極限1nm，芯片產(chǎn)業(yè)邁入了后摩爾時(shí)代。設計成本方面，根據Semiengingeering統計的數據顯示，16nm節點(diǎn)需要1億美元，7nm節點(diǎn)需要2.97億美元，到了5nm節點(diǎn)，開(kāi)發(fā)芯片的費用將達到5.42億美元，3nm研發(fā)費用或將超過(guò)10億美元。生產(chǎn)成本方面，AMD的研究圖表也顯示，相較于從45nm發(fā)展到16nm的過(guò)程，從16nm發(fā)展到7nm和5nm所帶來(lái)的成本增幅明顯更高。

摩爾定律逐步到達極限，隨著(zhù)芯片產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，芯片之間的數據交換呈現出倍數增長(cháng)，傳統的芯片封裝方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足如此巨大的數據處理需求，先進(jìn)封裝的重要性日益凸顯。封裝技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段，原件插裝、表面貼裝、面積陣列封裝、異質(zhì)整合、2.5/3D堆疊。2.5D封裝是一種高級的異構芯片封裝技術(shù)，可將多個(gè)芯片集成到一個(gè)封裝中，并通過(guò)高密度線(xiàn)路連接。在這種封裝中，多個(gè)芯片平行放置在中介層的頂部，通過(guò)微凸塊和中介層的布線(xiàn)進(jìn)行連接。中介層是由硅和有機材料制成的硅基板，其中的硅通孔(TSV)將上下層連接起來(lái)，同時(shí)通過(guò)錫球焊接到傳統2D封裝基板上，形成多芯片模塊傳遞電信號的通道。中介層扮演著(zhù)多芯片和電路板之間的橋梁角色，可實(shí)現芯片間和芯片與封裝基板之間的互連。3D堆疊技術(shù)的特點(diǎn)是將多個(gè)芯片在垂直方向上進(jìn)行封裝，即在不改變封裝體尺寸的前提下，將兩個(gè)或更多芯片在封裝體內進(jìn)行垂直方向的疊放，主要包括倒裝芯片（Flip Chip）和硅通孔（TSV）等技術(shù)。三星在2020年8月公布了“X-cube”技術(shù)，該技術(shù)采用TSV技術(shù)實(shí)現芯片間垂直互聯(lián)。通過(guò)縮短芯片之間的信號距離，該技術(shù)能夠提高數據傳輸速度并降低功耗。臺積電在2022年10月宣布成立3D Fabric聯(lián)盟，以協(xié)助客戶(hù)快速實(shí)現芯片級創(chuàng )新迭代，采用3D硅堆疊先進(jìn)封裝技術(shù)來(lái)提高芯片性能。相比傳統封裝技術(shù)，先進(jìn)封裝的優(yōu)勢在于其能夠優(yōu)化連接方式并實(shí)現更高密度的集成，同時(shí)更容易實(shí)現異構集成。

Chiplet或成為我國半導體行業(yè)突破美國封鎖，實(shí)現彎道超車(chē)的新方式。Chiplet技術(shù)指的是將一個(gè)芯片分割成多個(gè)小芯片，并采用先進(jìn)的封裝技術(shù)重新組合成一個(gè)完整的系統。這種技術(shù)提高了不同部件之間的協(xié)同效應，提高了傳輸速度和效率。此外，在裸芯缺陷率相同的情況下，分割成小芯片后的面積更小，剔除的部分也更少，整體良率更高，因此Chiplet技術(shù)可以有效提高芯片的良率并降低成本，同時(shí)，IP能夠快速復用，大大降低成本，促進(jìn)產(chǎn)品迭代。據Omdia數據顯示，2024年Chiplet市場(chǎng)規模將達到58億美元，2035年Chiplet市場(chǎng)規模將達到570億美元，有望拉動(dòng)先進(jìn)封裝材料發(fā)展。

二、先進(jìn)封裝發(fā)展迅速，集成電路封裝材料國產(chǎn)替代進(jìn)程加快

集成電路封裝材料作為先進(jìn)封裝中必不可少的原材料。據Yole的數據顯示，2020年全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規模約為304億美元，占據封測市場(chǎng)的45%。據Yole的數據顯示，預計在2021-2027年，全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規模將以9.66%的年均復合增長(cháng)率增長(cháng)，并在2027年達到650億美元。雖然中國先進(jìn)封裝市場(chǎng)份額仍較低，但是仍具有廣闊的產(chǎn)業(yè)升級空間。根據華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院的數據顯示，2021年中國先進(jìn)封裝市場(chǎng)規模約為399.6億人民幣，同比增長(cháng)13.7%，占據全球市場(chǎng)規模的15.7%。未來(lái)，先進(jìn)封裝工藝將成為封測行業(yè)增長(cháng)的新動(dòng)力。據國際半導體設備與材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )（SEMI）的數據，2022年全球半導體材料市場(chǎng)總規模為692億美元，較2021年增長(cháng)7.62%。其中，晶圓制造業(yè)材料市場(chǎng)的銷(xiāo)售額約為451億美元，占據材料市場(chǎng)總規模的65.17%；而封裝業(yè)材料市場(chǎng)的銷(xiāo)售額約為241億美元，占據材料市場(chǎng)總規模的34.83%。

下游應用領(lǐng)域需求增長(cháng)，帶動(dòng)封裝材料市場(chǎng)發(fā)展。近年來(lái)隨著(zhù)科技下游尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò )通信、消費電子等發(fā)展，封裝材料需求持續上升。在服務(wù)器領(lǐng)域，IDC發(fā)布的《2022年中國服務(wù)器市場(chǎng)跟蹤報告》顯示，2022年中國服務(wù)器市場(chǎng)規模為273.4億美元，同比增長(cháng)9.0%。網(wǎng)絡(luò )通訊領(lǐng)域，2022年我國5G****總建設數新增88.7萬(wàn)個(gè)，達到231.2萬(wàn)個(gè)。消費電子方面，2022年我國規模以上電子信息制造業(yè)營(yíng)收154487億元，同比增長(cháng)5.5%。下游應用領(lǐng)域快速增長(cháng)帶動(dòng)上游封裝材料尤其是國產(chǎn)集成電路封裝材料出貨量的增長(cháng)。

半導體材料領(lǐng)域國產(chǎn)化程度低，幾乎被國外壟斷，亟待國產(chǎn)替代。半導體材料包括晶圓制造材料和封裝材料，其中晶圓制造材料包括硅片及硅基材料、光掩膜板、電子氣體、光刻膠、光刻膠輔助材料、CMP拋光材料、工藝化學(xué)品、靶材等；封裝材料包括封裝基板、引線(xiàn)框架、鍵合絲、包裝材料、陶瓷基板、芯片粘接材料等。長(cháng)期以來(lái)半導體材料被國外壟斷，據VLSI數據，近十年前十大供應商市場(chǎng)份額總和在50%左右，部分細分品類(lèi)市場(chǎng)集中度達80%以上，被國外廠(chǎng)商壟斷，國產(chǎn)材料崛起、替代空間巨大。當前，在全球消費電子、新能源汽車(chē)、通信設備等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能加速向中國轉移的背景下，從產(chǎn)品交期、供應鏈保障、成本管控及技術(shù)支持等多方面考慮，原材料國產(chǎn)化的需求十分強烈，國內高端電子封裝與新能源材料企業(yè)迎來(lái)了重大的發(fā)展機遇。

2.1 晶圓級封裝材料：國內稀缺的成熟供應商

晶圓級封裝材料主要是晶圓UV膜，包括晶圓UV減薄膜、晶圓UV劃片膜。晶圓UV 膜是用于半導體制造前道工序中切割、劃片的關(guān)鍵材料之一，產(chǎn)品性能直接影響晶圓加工的良率。該材料主要用于輔助保護TSV/3D晶圓減薄工藝中的晶圓，包括粘接、保護和撿取等。這種材料需要具備機械性能平衡性、穩定性和可靠性，以適應晶圓生產(chǎn)工藝的高精度和大批量生產(chǎn)的需求，同時(shí)還需要能夠在高濕度和震動(dòng)等特殊工作環(huán)境中工作。

2.2 芯片級封裝材料：市占率提升空間巨大

芯片級封裝材料主要包括芯片固晶材料、芯片級底部填充膠、Lid框粘接材料。芯片固晶材料、芯片級底部填充膠是芯片封裝工藝中起到粘接、固定或倒裝封裝保護等作用的關(guān)鍵材料之一，產(chǎn)品性能直接影響芯片封裝的良率。其中，芯片固晶材料包括芯片固晶導電膠、絕緣膠、固晶膜等，主要用于芯片封裝過(guò)程中的固晶工藝。這個(gè)工藝對于粘接材料的要求很高，需要具備低揮發(fā)、無(wú)氣孔、高導電、高導熱、高抗濕氣性、低操作難度等特點(diǎn)。芯片級底部填充膠用于芯片和基板之間的連接。它可以分散芯片表面的應力，并緩解芯片、焊料和基板三者熱膨脹系數不匹配產(chǎn)生的內應力，保護焊球并提高芯片的抗跌落和熱循環(huán)可靠性。為了實(shí)現這一目的，產(chǎn)品需要具有良好的流動(dòng)性、高可靠性和低熱膨脹系數，需要采用高配方和精細工藝。Lid框粘接材料主要用于連接芯片基板和Lid框，其主要難點(diǎn)在于確保產(chǎn)品可靠性、厚度均勻、粘接性以及與不同封裝尺寸的匹配性。

2.3 板級封裝材料

板級封裝材料包括板級底部填充膠、板級封裝用導熱墊片。主要用于手機、電腦、平板等終端產(chǎn)品中PCB 板級封裝工藝中起到結構粘接、導熱、導電等用的關(guān)鍵材料，產(chǎn)品性能直接影響集成電路板級封裝的良率。具體的，在內部印制電路板（PCB）封裝工藝中，板級底部填充膠被用于填充芯片與電路板之間的空隙，以實(shí)現芯片的密封與保護，并在高溫、高濕的環(huán)境下保持穩定的機械強度和粘接強度。板級封裝用導熱墊片，是在集成電路封裝工藝中為了芯片散熱而使用的，具備出色的導熱特性，以及低密度和壓縮比優(yōu)異等特點(diǎn)。

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