半导体封装行业市场调研分析报告.docx

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半导体封装行业市场调研分析报告

2017年半导体封装行业市场调研分析报告

本调研分析报告数据来源主要包含欧立信研究中心，行业协会，上市公司年报，国家相关统计部门以及第三方研究机构等。

图表目录

表格目录

第一节一代芯片，一代封装

一、集成电路产业链

图表1：

集成电路产业链

资料来源：

北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

二、半导体封装

封装是集成电路产业链必不可少的环节，位于整个产业链的下游环节。

在整个产业链中，封装是指对通过测试的晶圆进行划片、装片、键合、塑封、电镀、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电路产品的过程。

封装就是给芯片穿上“衣服”，保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增强芯片的散热性能，标准规格化以及便于将芯片的I/O端口连接到部件级（系统级）的印制电路板（PCB）、玻璃基板等，以实现电气连接，确保电路正常工作。

封装技术的好坏直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB的设计和制造，衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，比值越接近1越好。

1、半导体封装发展历程

在集成电路产业市场和技术的推动下，集成电路的封装也随之发展起来，特别是集成电路封装技术不断提高，封装技术大体经历了通孔插装时代、表面安装器件时代、面积阵列表面封装时代和高密度封装时代四个阶段。

集成电路封装的发展也体现在材料、引脚形状和装配方式的进步。

目前，全球集成电路封装技术的主流正处在第二、三阶段的表面封装时代，3D叠装、3DTSV等三维封装技术主要处于研发中。

图表2：

半导体封装发展历程

资料来源：

北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

2、半导体封装分类

表格1：

按所用材料划分

表格2：

按外形尺寸结构划分

资料来源：

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表格3：

半导体封装发展历程

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

3、全球半导体封测市场概况

一般测试业务主要集中在封装企业中，所以封装业与测试业通常统称为封装测试业。

全球IDM本身承担的半导体封装测试产值受半导体产业景气度影响较大，而封装测试代工业呈现平稳增长的态势。

根据中国台湾拓璞产业研究所的估计，2015年全球半导体封装测试业的营业收入规模为508.7亿美元，比2014年减少3.1%。

根据统计和预测，2015年全球半导体封装测试代工业的营业收入为283.12亿美元，较2014年增长6.1%。

近年来，受到移动智能终端基带芯片、应用处理器、无线通信芯片等产品的发展推动，对高端先进封装的市场需求水涨船高。

其中，扇出型晶圆级先进封装（Fan-outWLP）最受青睐，据TechSearch预估，Fan-outWLP的市场规模将由2013年的3亿颗大幅增长至2018年的19亿颗，5年内增长6倍之多。

图表3：

2012-2016年全球半导体封测业市场的营收规模

资料来源：

北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

图表4：

2014-2018年全球半导体封测代工业的营收规模

资料来源：

北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

4、我国半导体封测市场概况

受益于国家政策的强力支持和内需市场的快速拉动，我国集成电路封测业持续快速发展，在全球半导体封测业领域，仅次于中国台湾和日本，位列第三，据中国半导体行业协会发布的统计数据，2015年我国集成电路封测业的销售规模1384亿元，同比增长11.7%。

图表5：

2011-2015年我国半导体封测业的销售规模

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近几年，我国封测业增速相对设计业和晶圆制造业增速缓慢，但封测业整体处于稳定增长阶段，2015年我国封装测试业占整个IC产业的比重为38.30%，继续在产业链结构中位居第一位。

其中，我国集成电路封测业市场主要来源于计算机、通信和消费类电子产品常规需求，这三类产品合计占据我国集成电路封测市场的一半以上。

图表6：

2011-2015年中国IC产业结构

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5、我国半导体封测企业概况

根据中国半导体行业协会封装分会的《中国半导体封装测试产业调研报告（2014年度）》，截至2014年年底，我国国内具有一定规模的集成电路封测企业共85家，呈逐年递增的趋势，主要集中于长三角、环渤海、珠三角等地带。

表格4：

2010-2014年我国集成电路封测企业的整体状况

资料来源：

北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

图表7：

2014年我国集成电路封测企业的地区分布

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2015年国内十大封装测试企业销售收入合计为477.5亿元，比2014年的445.4亿元增长7.2%，有7家企业的销售额有不同程度的增长，只有三家企业出现销售额的略微下滑。

表格5：

2015年我国十大半导体封测企业排名

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第二节高度集成化，先进封装进入黄金发展期

一、先进封装概述

随着电子产品多功能化、高速化、大容量化、高密度化、轻量化、小型化的发展趋势，封装领域应运而生了许多先进的封装技术。

先进封装技术在封装外形上的表现为：

多脚化、薄型化、引脚微细化、引脚形状多样化、凸点连接倒装芯片技术和多芯片三维封装技术。

先进封装技术的优势集中体现在：

芯片面积小、厚度薄、散热性好、性能强、能降低封装成本。

主要的先进的封装技术：

BGA（球栅阵列式）、CSP（芯片尺寸封装）、FC（倒装芯片技术）、WLP（晶圆级封装）、叠层封装技术、3D（三维）封装、MCM（多芯片组件）、SiP（系统级封装）。

2014年全球先进封装营收为115亿美元，到2020年将增长至317亿美元；先进封装市场占比也将从38%增长至2020年的46%。

根据统计数据，中国2016年先进封装市场规模约为25亿美元，到2020年将达到46亿美元，GAGR为16%。

图表8：

先进封装的概况图

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1、BGA

BGA（球栅阵列式）封装是1990年初由美国Motorola与日本Citizen公司共同开发的先进高性能封装技术。

基板背面按阵列方式支出球形触点作为引脚，在基板正面装备IC芯片（有的BGA的芯片与引脚在基板同一面）。

BGA优点有：

缩短互联长度、缩小互联面积、成品率高、焊接工艺要求低、散热好。

分类：

PBGA（塑料球栅阵列）、CBGA（陶瓷球栅阵列）、CCGA（陶瓷圆柱栅格阵列）和TBGA（载带球栅阵列）。

CSP（芯片尺寸封装）、FC（芯片倒装封装）、MCM（多芯片模块）等先进封装都采用BGA技术。

图表9：

BGA封装的示意图

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

PBGA（塑料球栅阵列）又称为整体模塑阵列载体，最常用BGA封装形式。

通过引线键合将芯片与PCB相连，然后采用塑胶整体塑模。

优点：

成本低、质量高。

图表10：

PBGA（塑料球栅阵列）

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CBGA（陶瓷球栅阵列）又称焊料球载体（SBC）。

将芯片连接到陶瓷多层载体的顶部表面，芯片经过气密性处理，然后在陶瓷载体底部表面安置90Pb/10Sn（300度熔化）的焊料球。

优点：

电热性能优异、装配到具有大量I/O的PCB上时封装效率非常高。

图表11：

CBGA（陶瓷球栅阵列）

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CCGA（陶瓷圆柱栅格阵列）又称圆柱焊料载体（SCC）。

是陶瓷尺寸大于32平方毫米的CBGA器件的替代品；使用90Pb/Sn的焊料圆柱阵列来替代陶瓷地面的贴装焊球。

优点：

承受一定应力作用、电热性能优异、装配到具有大量I/O的PCB上时封装效率非常高。

图表12：

CCGA（陶瓷圆柱栅格阵列）

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TBGA（载带球栅阵列）又称为阵列载带自动键合（ATAB），是一种相对新颖的BGA封装形式

芯片倒装键合在多层布线柔性载带上，焊料球安装在柔性载带下面，芯片粘结在芯腔铜热沉上，芯片焊盘与多层布线柔性载带通过键合互连，用密封剂将芯片、引线、柔性载带焊盘包封起来

优点：

散热性能强、热匹配性能较好、成本低

图表13：

TBGA（载带球栅阵列）

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2、CSP

CSP（芯片尺寸封装），全称ChipScalePackage，是指封装外壳的尺寸不超过裸芯片尺寸1.2倍的一种先进封装形式。

是BGA向小型化、薄型化方向发展形成的一种封装，尺寸小型化要求严格。

CSP封装的优点集中体现在：

封装密度高、电学性能优良、散热性能优良、测试和筛选容易。

CSP典型结构有4个部分组成：

IC芯片、互连层、焊球（或凸点、焊柱）、保护层。

从工艺上看，CSP分为：

柔性基板封装、刚性基板封装、引线框架式CSP封装、晶圆级CSP封装（WLP）、薄膜型CSP。

CSP目前主要应用于存储器领域（闪存、SRAM和高速DRAM），正向着不同的产品渗透，如LED、DSP、ASIC等。

图表14：

CSP封装及与BGA对比的示意图

资料来源：

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表格6：

相同引脚数下三种封装的面积大小

（1）CSP工艺分类

CSP基板封装分为柔性基板封装和刚性基板封装

柔性基板封装与刚性基板封装的最大区别在于用作互连层的垫片材质的差异。

柔性采用的是PI或TAB（内层互连采用载带）工艺中相似材料做垫片；刚性采用树脂和陶瓷做垫片。

柔性基板封装和刚性基板封装按互连方式的不同均分为倒装式和引线键合式。

倒装式：

在芯片上做好凸点，在垫片上布线，然后进行凸点倒扣焊。

引线键合式：

先制作多层布线的垫片，然后将IC芯片放到垫片上，通过引线的方法进行键合。

图表15：

倒装式CSP基板封装

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图表16：

引线键合式CSP基板封装

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引线框架式CSP封装由日本Fujisu公司开发，引线框架通常是金属制作，外层的互连做在引线框架上。

引线框架式CSP封装分为倒扣式和引线键合式。

倒扣式：

在引线框的焊接点制作凸点，然后与IC芯片进行连接，应用不广泛。

引线键合式：

主要用于低引脚的场合。

图表17：

引线框架CSP封装（倒装式）

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图表18：

引线框架CSP封装（引线键合式）

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薄膜型CSP封装由三菱公司开发。

与以往芯片封装相比，此种封装无引线框架键合，电气连接由芯片电极和凸焊通过芯片金属布线导通，金属布线层以薄膜工艺形成

主要优点：

易实现小型化、标准化

布线工艺：

采用薄膜工艺形成金属布线图形和Pb-Sn焊盘，聚酰亚胺形成缓冲膜

装配工艺：

主要是内部焊凸键合工艺与焊凸转换工序

图表19：

薄膜形CSP封装

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3、Flip-chip

Flip-chip（FC）即倒装封装技术，通过芯片上呈陈列排布的凸点实现贴装与引线键合工序的合二为一。

由于与常规封装中芯片的放置方向相反，故而称为倒装

主要优点：

高密度I/O数、电性能优异、散热良好

倒装广泛应用于CSP、BGA中，目前主流产品是引脚在100左右的存储器件或逻辑IC以及无引线模块的高频系统等

按不同的连接方式，倒装分为：

控制塌陷芯片连接（C4）、直接芯片连接（DCA）和黏着剂连接

凸点技术（Bumping）是实现倒装的关键，凸点工艺直接影响到倒装技术的可行性和性能的可靠性

图表20：

Flip-chip

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表格7：

倒装连接形式分类

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（1）Flip-chip中的Bumping技术

FC基本机构包括：

IC、UBM（Under-BumpMetalLurgy）和Bumping（凸点）

UBM是芯片焊盘与凸点之间的过渡层，主要作用是：

黏附和扩散阻挡；由黏附层、扩散阻挡层和浸润层多层金属膜组成。

UBM常用材料：

Cr、Ni、V、Ti/W、Cu和Au等；常用工艺：

溅射、蒸发、电镀和化学镀。

Bumping分为焊料与非焊料两大类；按制作方法分为：

焊料凸点、金凸点、聚合物凸点。

凸点（Bumping）常用制作技术：

电镀凸点、印刷凸点、喷射凸点

图表21：

凸点（Bumping）结构图

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4、WLP

WLP（晶圆级封装）是以BGA技术为基础的CSP封装中的一种，是封装技术取得革命性突破的标志

WLP的I/O可以分布在IC芯片的整个表面，解决了随着IC尺寸减小、集成规模扩大带来的I/O高密度、细间距问题

WLP以晶圆片为加工对象，直接在晶圆片上对众多芯片芯片封装、老化、测试

WLP的两个基本工艺：

薄膜再分布技术、凸点制作技术

WLP的优势集中在：

封装效率高；同时具有FCP和CSP轻、薄、短、小的优点；电热性能优异；工艺技术基于已存在的成熟技术；

应用相当广泛：

闪存、EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驱动器、射频器件、电源/电池管理元器件、模拟元器件

图表22：

WLP封装流程图

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图表23：

WLP封装与引线键合式BGA封装对比图

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薄膜再分布技术指在IC晶圆片上，将各个芯片按周边分布的I/O焊区，通过薄膜工艺的再布线，变换成整个芯片上的阵列分布焊区并形成焊料凸点的技术。

薄膜再分布技术的工艺步骤：

1）在IC芯片上涂覆金属布线层间介质材料；

2）淀积金属薄膜，通过光刻制备金属导线及凸点焊区，使焊区与凸点焊区之间金属导线相连接

3）在凸点焊区淀积UBM

4）在UBM上制作凸点

图表24：

薄膜再分布技术流程

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5、3D封装

3D封装是指芯片在Z方向（垂直方向）上的垂直互连结构。

3D封装的优势集中在：

大幅度缩小尺寸、减轻重量方面（40~50倍）；硅片效率（超过100%）；延迟（缩短超过300%）；降低噪声。

干扰；功耗（降低超5倍）等

3D封装到目前为止主要经历了三个阶段：

采用引线和倒装键合技术堆叠；封装体堆叠。

（POP）；采用硅通孔技术（TSV）

TSV是新兴的一种技术解决方案，可以进一步加快产品的时钟频率、降低功耗和提高集成度；与POP相比，封装尺寸缩小35%，功耗降低50%，带宽提升了8倍。

随着元器件和电路集成密度的不断提高，3D封装技术将成为未来封装的最佳选择。

图表25：

3D封装示意图

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图表26：

3D封装经历三代

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引线和倒装（FC）键合式3D封装是第一代3D封装形式。

相比CSP、WLP等封装，极大的缩小了封装尺寸、减少了封装质量，集成度更高，功耗和延迟更低。

图表27：

引线FC键合式3D封装

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POP（packageonpackage）是堆叠封装的一种形式，在底部元器件上再放置元器件。

优点：

装配前各个组合的器件可以单独测试，良品率高；器件组合可自由选择，方便产品灵活设计和升级。

图表28：

POP式3D封装

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TSV（ThroughSiliconVia）即：

硅通孔技术，是一种实现Die（晶粒）与Die垂直互连的技术。

TSV按照在芯片上钻孔顺序的先后可分为：

ViaFirst、ViaMiddle和ViaLast。

ViaFirst：

在晶圆制作前，尚未制程NMOS和PMOS前，先以刻蚀技术进行钻孔，完成后再进入CMOS制程。

ViaMiddle：

在CMOS制程后，进入硅穿孔制程。

相比ViaLast，Middle制作的孔径较小，密度较高，大大增加层间传输频宽。

ViaLast：

利用激光或深反应离子刻蚀在制备完成的晶圆进行钻孔。

孔径较大，密度难以提升。

2011年8月，三星用3DTSV研发32GBDDR3RDIMMS；2011年6月，Micron宣布提出HybridMemoryCube存储器模块。

图表29：

TSV（硅通孔技术）

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6、MCM

MCM（多芯片组件）使用多层连线基板，再以打线键合、TAB、C4键合的方法将一个以上的IC与基板连接，形成特定功能的组件。

优点：

大幅提高电路连线密度、“轻、薄、短、小”、可靠度获提升。

分类：

MCM-C（基板为陶瓷）、MCM-D（薄膜封装技术应用）、MCM-L（基板为印刷电路板）

MCM发展为将多个集成电路芯片与其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上。

并且已经在向着垂直方向的3D封装发展。

MCM已经成功应用于大型通用计算机和超级计算机中，今后将用于个人计算机、工作站、医用电子设备和汽车电子设备等领域。

图表30：

MCM外观图

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7、SiP

SiP（SysteminPackage）系统级封装是与SoC并行发展起来的一项新技术。

是将一个系统或子系统的全部或大部分电子功能配置在整合型基板内。

SiP封装中不仅含有多个芯片，还包括了可能的无源器件构成的高功能系统；一个封装形成一个功能性器件，可以实现较高的功能性密度。

SiP大大减少开发时间、节约成本，有较强的灵活性和适应性，符合未来的发展方向。

SiP已经应用于了小型消费类电子产品，比如可穿戴设备、智能手表、手环等。

随着电子产品对于小型化、高集成度的不断追求，SiP将有更为广阔的应用空间。

图表31：

SiP封装示意图

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图表32：

国内具备先进封装能力的企业

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二、我国半导体先进封装概况

近年来，由于智能手机等智能终端的发展，国内外集成电路市场对中高端集成电路产品需求持续增加，因而对BGA、WLP、FC、SIP、3D等先进封装技术的需求更是呈现快速增长的态势，形成了传统封装日益减少和先进封装份额日益增加的局面

业内领先企业正逐步向先进封装领域迈进，以掌握先进封装技术的程度不同，我国企业分为三个梯队。

表格8：

国内集成电路封装测试企业类别

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三、我国半导体先进封装技术

图表33：

入选2014年中国半导体创新产品和技术的先进封装技术

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图表34：

入选2015年中国半导体创新产品和技术的先进封装技术

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第三节先进封装应用广泛，存储/射频/MEMS芯片需求齐发力

一、存储器概况

存储器（Memory）是现代信息现代信息技术中的记忆设备，用来存放程序和数据。

按存储介质的不同，存储器芯片可以分为三类：

RAM（随机存储器）、ROM（只读存储器）、固态硬盘等。

RAM中最具代表的是DRAM（动态随机存储器）；ROM中最具代表的是Flash（闪存），分为NANDFlash（与非门闪存）、NORFlash（或非门闪存）。

2014年，存储器芯片总产值约800亿美元，DRAM市场457亿美元，NANDFlash市场产值306亿美元，NORFlash市场产值33亿美元。

2015年，全球前五大存储芯片公司，包括三星、美光、SK海力士、东芝、闪迪，总营收已占整个市场的95%。

图表35：

2014年三种存储器芯片市场占比

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图表36：

存储器市场主流存储器

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1、DRAM封装

DRAM一般用于系统内存，是一种需要不断刷新来保存数据的电容存储。

主要用作设备主存，比如PC的内存条。

随着DRAM芯片向着小型化、高集成度、大容量方向发展，DRAM的封装技术也在不断进步：

由早期的单芯片封装，发展为多芯片封装，再到系统级的封装。

DRAM主要的封装技术也经历了引线键合式（WireBond）、BGA（球栅阵列封装）、引线键合式芯片堆叠（WireBondDieStacks）、3DS（3D堆叠）。

未来，随着DRAM向HBM（HighBandwidthMemory）和HMC（HybridMemoryCube）方向发展，TSV（硅通孔）式的芯片堆叠封装将逐步占据主流。

图表37：

DRAM产品价格、功耗、带宽

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图表38：

DRAM产品与封装历程

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

DRAM早期的封装以单芯片引线框架式封装为主，比如DIP（双列直插式封装）、SIP（单列直插式封装）、TSOP（薄小尺寸封装）

图表39：

SIP\DIP\TSOP

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

DRAM目前主流的封装是多芯片引线键合堆叠式基板封装，互连方式也分为引线键合式和倒装式，比如：

DDP（双芯片封装）、3DP（3芯片封装）、QDP（四芯片封装）。

部分产品中已经运用了3D-TSVStack技术，芯片封装数达8片。

图表40：

QDP\DDP

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图表41：

3D-TSVstack

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

图表42：

三星DDR4

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

未来，随着DRAM向着更高大容量、更宽带宽的HBM（HighBandwidthMemory）、HMC（HybridMemoryCube）方向发展，3D-TSVStack、3D-SiP封装技术将逐步成为主流。

图表43：

HBM

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图表44：

HMC

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2、NAND封装

NANDFlash是目前市场上主要的非易失闪存技术，广泛用于移动存储、数码相机、MP3播放器、掌上电脑等新兴数字设备。

SSD（固态硬盘）是NANDFlash最具代表性的产品之一，存取速度快，可靠性高。

NANDFlash的封装经历了从LGA（删格阵列封装）、BGA（球栅阵列封装）到POP（片上片）式封装的过程。

未来，NANDFlash的封装将向3D-TSV式发展。

图表45：

NANDFlash封装技术发展历程

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库

NANDFlash的早期封装主要采用的LGA和BGA式的封装，互连方式为引线键合式。

封装芯片数量少（2-4片），容量小，并且没有集成控制芯片。

图表46：

2片BGA式

图表47：

4片LGA式

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当前主要的封装是多芯片（8-16片）堆叠式BGA/LGA、多芯片POP（片上片）式，比如16+16片。

且集成了控制芯片。

互连方式以引线键合式为主，少数产品已经应用TSV技术。

图表48：

16片LGA式

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图表49：

16+16片POP式

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北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据