產(chǎn)研 | 先進封測趨勢下本土OSAT迎拐點

芯片制造技術的高精密化已經(jīng)成為摩爾定律持續(xù)發(fā)展的關鍵。在半導體產(chǎn)業(yè)鏈中，技術創(chuàng)新和迭代的推動力正在從設計、制造向封裝測試延伸。作為芯片制造的后道工序，封裝向中道擴展，其價值早已不是簡單的“對晶圓進行切割、焊線塑封，使集成電路與外部器件實現(xiàn)電氣連接、信號連接的同時，對集成電路提供物理、化學保護”的基本定義。

全球市場規(guī)模穩(wěn)定增長

這一價值驅動的趨勢在全球相關市場規(guī)模中得到體現(xiàn)。過去幾年，全球封測市場一直保持著平穩(wěn)的增長。單就OSAT（封測代工）而言，2011年，全球相關市場規(guī)模為455億美元，到2020年，增長到594億美元，2012～2020 年封測市場規(guī)模的CAGR為3.0%；如果加上IDM，2019年全球封測市場規(guī)模已達680億美元，預計到2025年市場規(guī)?？蛇_850億美元，2020～2025年的CAGR有望達到4%。

全球OSTA前25營收統(tǒng)計
來源：Yole Developpement

2020年，全球OSAT營收337億美元，按企業(yè)所屬地理區(qū)域劃分，中國臺灣地區(qū)占比最高，達52%，其后依次是中國大陸21%，美國15%，韓國6%，馬來西亞3%，新加坡2%，日本1%。

全球OSAT營收區(qū)域排名
來源：與非研究院

就業(yè)務占比看，封裝環(huán)節(jié)占據(jù)封測價值量的絕大部分，占整個封測市場份額的80～85%，測試環(huán)節(jié)占整個封測市場份額約15～20%。

其中，傳統(tǒng)封裝的市場營收增長穩(wěn)健，預計到2026年達到500億美元，CAGR（2020年～2026年）為4.3%，屆時全球總體封裝市場營收將達到954億美元，CAGR為6%。

雖然，傳統(tǒng)封裝依然是業(yè)務主力，但下游應用端如手機、HPC、5G、AI等對高算力、高集成化芯片的需求提升使得先進封裝技術成為未來的發(fā)展趨勢。例如英偉達的 GPU采用臺積電的CoWoS 2.5D先進封裝技術；AMD在中高端CPU/GPU領域市占率不斷提升的同時，已推出5nm制程Zen-4架構新產(chǎn)品，對FCBGA、FCPGA、FCLGA等倒裝封裝以及2.5/3D等先進封裝的需求旺盛。

先進封裝成為趨勢

這一趨勢的動因在于芯片的日趨復雜，以及在突破摩爾定律上的各種努力。當前，異構集成已經(jīng)成為半導體創(chuàng)新的關鍵，先進封裝可以提高半導體產(chǎn)品的價值，增加功能，維持和提高性能，同時降低成本。而針對消費市場，提高性能和個性化應用的SiP封裝也正在加快應用。

2020年，全球先進封裝市場的營收達300億美元，到2026年將達到475億美元，CAGR為7.4%。與此同時，先進封裝在整個半導體封裝市場中的占有率也在不斷增加，到2026年，市占率將接近50%。在此期間，3D堆疊, ED和扇出型封裝(Fan Out，F(xiàn)O)將成為增長主力, CAGR分別為22%, 25%和15%。Yole預計，全球FO封裝市場規(guī)模到2026年將從2020年的14.75億美元增長到34.25億美元，CAGR達15.1%。

先進封裝市場規(guī)模高速增長
來源：Yole Developpement

隨著先進封裝技術向更高密度發(fā)展，高密度先進互聯(lián)成為重要課題，TSV技術，UBM/RDL等互連技術被更多地使用。且隨著TSV孔尺寸向亞微米發(fā)展、封裝節(jié)距尺寸以及L/S越來越小，對先進封裝設備在更小線寬處理、顆?？刂啤⒐に嚲瓤刂?、自動化等方面提出了更高的要求，這使得原本是后道工序的封裝向中道靠近，進而封測行業(yè)的分工發(fā)生了變化。

目前，從先進封裝業(yè)務營收的市占率看，以TSMC為代表的晶圓代工廠優(yōu)勢明顯。

先進封裝市場晶圓代工廠競爭優(yōu)勢明顯
來源：Yole Developpement

毫無疑問，高精密芯片封測技術已經(jīng)扛起了后摩爾時代產(chǎn)業(yè)發(fā)展大旗，芯片制造技術正在從先進封裝邁入高精密封測技術革新時代，高端系統(tǒng)級應用正在推動高精密封測同設計、材料、設備、晶圓制造等上下游產(chǎn)業(yè)鏈的深度技術協(xié)作。

在這一過程中，一些創(chuàng)新技術也開始導入，例如利用原生創(chuàng)新的深度學習技術擴展工業(yè)視覺檢測的邊界，以克服先進封裝技術的快速迭代和工藝變化對良率控制和檢測技術帶來的挑戰(zhàn)。

投資不斷加碼

先進封裝創(chuàng)造了豐厚的利潤，OSAT和晶圓代工廠都在加大相關研發(fā)、產(chǎn)能和投資的投入。2020年，OSAT的資本支出同比增長了27%，約為60億美元。異構集成的主要競爭者，如ASE、TSMC、英特爾、Amkor和長電科技，都在過去兩年進行了前所未有的投資。

2021年，ASE拿出20億美元，專門投資于通過EMS活動蓬勃發(fā)展的系統(tǒng)級封裝業(yè)務，以及其晶圓級封裝業(yè)務。ASE提高了SiP方案在設計與制造服務中的比例，加大利用埋置式基板（Embedded substrate）及FO技術使封裝產(chǎn)品輕薄短小并具備低熱阻、高可靠度功能的研發(fā)。華為海思的Hi1382就選擇了ASE的 FO CoS15封裝技術。

TSMC的先進封裝業(yè)務在2020年創(chuàng)造了約36億美元的收入。該公司2021年對SoIC, SoW和InFO以及CoWoS產(chǎn)品線特別設計的先進封裝業(yè)務的資本支出為28億美元。2022年預計將投入42～44億美元，擴充先進封裝的產(chǎn)能。

英特爾對各種先進封裝組合的投資，如Foveros, EMIB, Co-EMIB，是其實施IDM2.0戰(zhàn)略的關鍵。該公司在亞利桑那州和俄勒岡州的工廠擴大了Foveros/EMIB“混合”封裝制造，實現(xiàn)管芯到管芯的互連，并在與TSMC SoIC產(chǎn)品線的競爭中加速混合鍵合的進程。

三星也正在積極投資先進封裝技術，以促進其代工業(yè)務，與TSMC競爭。

異構集成主要玩家正在加大投資
來源：Yole Developpement

除了直接的投入，資本并購也是一個主旋律。例如2015年長電科技收購全球第四大封測廠星科金朋；2016年Amkor收購J-Devices、通富微電收購AMD蘇州；2017年ASE收購矽品電子；2019年華天科技收購馬來西亞封測廠商Unisem；2020年智路資本收購新加坡UTAC，2021年收購了力成新加坡凸塊業(yè)務，同年又收購了ASE在中國國內的4家封測廠。通過收購，全球封測產(chǎn)業(yè)的集中度進一步提高，而中國國內的封測產(chǎn)業(yè)發(fā)展也進入到一個新的增長周期。

國內產(chǎn)業(yè)迎來拐點

目前，國內的封裝業(yè)主要以傳統(tǒng)封裝產(chǎn)品為主，不過，近幾年通過并購，國內廠商已經(jīng)快速積累起先進封裝技術，實力已經(jīng)基本和前沿趨勢同步，BGA、TVS、WLCSP、SiP等先進封裝技術已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。當然，從營收貢獻看，目前先進封裝營收占比在國內封裝廠相較于中國臺灣和美國廠商還存在差距。按市占率看，全球排名前十的封裝測試企業(yè)中，中國臺灣5家公司的市占率為44.1%；中國大陸3家公司市占率僅為20.1%。

當然，國內封測市場規(guī)模的增長持續(xù)高于全球水平。據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，國內封測市場規(guī)模由2011 年的975.7億元增長至2020年的2509.5億元，2012～2020年，中國大陸封測市場規(guī)模CAGR約為11.1%，增速明顯高于同期全球水平。

這也反映出全球半導體產(chǎn)業(yè)分工的變化，當前，國內已經(jīng)成為全球半導體產(chǎn)能第三次轉移的主要地區(qū)，晶圓廠建設迎來高峰期，因而帶動了下游封裝測試市場的發(fā)展。2021年前三季度集成電路封裝測試行業(yè)的營收和凈利潤分別617.61億元和57.01億元，同比增長分別為31.20%和113.01%，利潤率持續(xù)提升的同時也提高了國內封測產(chǎn)業(yè)的話語權。

綜觀國內的半導體產(chǎn)業(yè)鏈，封測是其中與國際領先水平差距最小的板塊，2004～2015年在國內半導體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中價值量占比最高，2020年占國內半導體行業(yè)市場規(guī)模的28.4%。目前，國內半導體產(chǎn)業(yè)鏈中設計、制造、封測的市場規(guī)模占比正逐步趨向于國際上3:4:3的平均水平，產(chǎn)業(yè)結構趨于平衡。隨著國內半導體產(chǎn)業(yè)鏈結構性改善的推進，IC設計、制造與封測的協(xié)同效應開始顯現(xiàn)，封測行業(yè)發(fā)展有望提速。

據(jù)與非研究院統(tǒng)計，目前國內本土提供半導體封測服務的相關企業(yè)約99家（截止2021年），主要分布在江蘇（31家）、廣東（23家）和上海（11家）地區(qū)。文末附本土半導體封測企業(yè)名錄。

國內本土半導體封測服務相關企業(yè)分布
來源：與非研究院

如前文分析，通過并購，國內本土封測企業(yè)已完成對主要先進封裝工藝的全覆蓋，包括晶圓級封裝、系統(tǒng)級封裝（SiP）、倒裝封裝（FC）、2.5D/3D 封裝等，實現(xiàn)技術協(xié)同。目前，國內非本土封測企業(yè)主要是ASE、Amkor、力成、京元、南茂和頎邦，本土龍頭企業(yè)包括長電科技、通富微電、華天和晶方。

其中，長電科技在晶圓級、2.5/3D等封裝技術方面處于行業(yè)領先地位；通富微電在倒裝封裝、高端處理器封測領域居領先地位。而一些新進的封測企業(yè)也主攻高端IC的封裝和測試，例如卷入挖角風波的甬矽電子。

本土企業(yè)在提高技術協(xié)同能力的同時，也已在海外進行產(chǎn)能布局，例如長電星科金朋、通富檳州、華天 Unisem等子公司的主要產(chǎn)能都在海外。

發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)

一方面，國內本土的封測廠商通過資本并購實現(xiàn)了技術協(xié)同、市場整合和產(chǎn)能規(guī)模的擴張，另一方面，產(chǎn)業(yè)宏觀生態(tài)環(huán)境的變化也給本土封測廠商創(chuàng)造了發(fā)展機遇。

這個宏觀生態(tài)環(huán)境有兩個重點：一是AI、5G、 HPC、汽車電子、智能可穿戴設備等新興應用端帶來了強勁的半導體產(chǎn)品市場的需求，其增量為國內封測產(chǎn)業(yè)提供了增長空間；二是國內半導體產(chǎn)業(yè)正處于以“自主可控”為重心的發(fā)展周期，這部分增量需求必將進一步催化本土封測產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

雖然發(fā)展可期，但本土封測產(chǎn)業(yè)也面臨諸多挑戰(zhàn)。

首先是技術協(xié)同，如前文分析，先進封裝已經(jīng)成為未來主導競爭力的關鍵，并且已經(jīng)改變了封測行業(yè)的分工。總體而言, 傳統(tǒng)屬于OSAT和IDM領域的封裝業(yè)務已經(jīng)被晶圓代工廠、基板廠所滲透，先進封裝正在向原本是前道的代工廠轉移并為之所導。例如TSMC的InFO、CoWoS，基板廠AT&S、ACEESS的ECP技術等。

封裝技術演進路線
來源：Yole Developpement

目前，高性能芯片工藝用到的TSV、3D、熔融鍵合和混合鍵合等技術，主要都掌握在晶圓代工廠，原因在于其掌握設備能力并主導制程工藝。原本，封測廠和代工廠之間是合作關系，可以互通完整的晶圓級設計，OSAT長期以來一直集成來自多個不同供應商的裸片，因為它們不被視為代工競爭對手。但當代工廠也開始進行封裝業(yè)務，并且是主導性的先進封裝，那無疑會改變原本的合作關系，而封測廠在技術協(xié)同上必將面臨這種情況帶來的挑戰(zhàn)。

不過，存儲的情況比較特別，如果把存儲放進來看，國內在先進封裝上的發(fā)展另有支撐。從市場規(guī)?？?，2020年全球存儲器封裝市場的總價值為131億美元，到2026年增長到198億美元，CAGR約7%。

全球存儲封裝市場營收
來源：Yole Developpement

不同于價格波動劇烈的獨立存儲器市場，存儲器封裝市場更加穩(wěn)定，因為大部分業(yè)務都是IDM在其內部進行的。Yole統(tǒng)計，2020年全球大約68%的存儲器封裝收益由IDM廠商產(chǎn)生，其余32%由OSAT產(chǎn)生。

2020-2026內存封裝市場收入:IDM vs OSAT
來源：Yole Developpement

但中國的情況不同。中國正在加快國產(chǎn)存儲器的發(fā)展，長江存儲（NAND）和長鑫存儲（DRAM）正在加大各自的的晶圓產(chǎn)量。但這兩家廠商沒有成熟的內部封裝能力，必須將所有封裝外包給OSAT?；诘寡b芯片封裝的DRAM和基于3D堆疊技術的NAND的增長為封裝企業(yè)帶來了機遇，可以說，存儲器封裝是本土OSAT廠商先進封裝業(yè)務的關鍵商機。

根據(jù)Yole的測算，中國存儲器制造商為OSAT帶來的收益可能從2020年的不到1億美元增長到2026年的約11億美元。這相當于2020年至2026年間的CAGR為55%。針對這一獨特商機，國內三大主要廠商長電科技、通富微電和華天都已經(jīng)有所布局。

除了技術協(xié)同的挑戰(zhàn)，設備和材料也面臨不小的挑戰(zhàn)。目前國內先進封裝工藝所對應的高端封裝測試設備和材料均為進口。隨著地緣政治對國內半導體產(chǎn)業(yè)環(huán)境負面影響的加劇，國內產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間互相支持，驗證并使用國產(chǎn)設備和材料，以克服外圍不利因素，都不會是短期內能夠跨越的障礙。

最后也是最關鍵的，還是人才。目前武漢、合肥、廈門、南京、成都、重慶、西安等地均在大力推進集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，人才供給面臨緊缺，尤其是高端人才。本土封測行業(yè)人才的引進、培養(yǎng)和留用還任重道遠。需要政府，學校和企業(yè)，從人才的選、育、用、留方面，從制度到政策給予全方面的支持。

結語

半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入后摩爾定律時代，芯片特征尺寸已接近物理極限，封測中道的崛起已成為延續(xù)摩爾定律的必然選澤。圍繞這一選擇，顛覆性的技術創(chuàng)新將成為驅動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的關鍵。

未來十年，集成電路將主要通過異質異構系統(tǒng)集成來提升密度和性能，實現(xiàn)功耗的降低，以及集成更多的功能。在這一過程中，先進封測技術成為整個行業(yè)的熱點，對國內封測的上下游產(chǎn)業(yè)鏈而言，既有機遇也更有挑戰(zhàn)。

作為芯片設計、制造、封測三大板塊中與國際先進水平差距最小的行業(yè)，國內封測產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過并購潮之后，其發(fā)展的內生動力已經(jīng)從規(guī)模擴張向自主技術創(chuàng)新、技術協(xié)同，以及國際生態(tài)建設等轉移。而基于國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，地緣政治變化影響下的產(chǎn)業(yè)機遇催化，以及半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期規(guī)律等因素，與非研究院認為，國內整個半導體產(chǎn)業(yè)鏈中，封測產(chǎn)業(yè)將率先實現(xiàn)從“跟隨”到“同步”。

附錄：本土半導體封測企業(yè)名錄