电子展|集成电路封装测试行业发展情况及展趋势分析
电子展浅谈集成电路封装测试行业的基本情况
集成电路制造产业链主要包括芯片设计、晶圆制造、封装测试三个子行业，封装测试行业位于产业链的中下游，该业务实质上包括了封装和测试两个环节，但由于测试环节一般也主要由封装厂商完成，因而一般统称为封装测试业。
封装是将芯片在基板上布局、固定及连接，并用绝缘介质封装形成电子产品的过程，目的是保护芯片免受损伤，保证芯片的散热性能，以及实现电信号的传输。经过封装的芯片可以在更高的温度环境下工作，抵御物理损害与化学腐蚀，带来更佳的性能表现与耐用度，同时也更便于运输和安装。
测试则包括进入封装前的晶圆测试以及封装完成后的成品测试，晶圆测试主要检验的是每个晶粒的电性，成品测试主要检验的是产品电性和功能，目的是在于将有结构缺陷以及功能、性能不符合要求的芯片筛选出来，是节约成本、验证设计、监控生产、保证质量、分析失效以及指导应用的重要手段。
封装测试业是我国集成电路行业中发展非常成熟的细分行业，在世界上拥有较强竞争力，全球的封装测试产业正在向中国大陆转移。根据中国半导体行业协会统计数据，目前国内的集成电路产业结构中芯片设计、晶圆制造、封装测试的销售规模大约呈 4：3：3 的比例，产业结构的均衡有利于形成集成电路行业的内循环，随着上游芯片设计产业的加快发展，也能够推进处于产业链下游的封装测试行业的发展。
集成电路的封装形式多样复杂，基于国家发改委发布的《产业结构调整指导目录（2019 年本）》，并结合行业内按照封装工艺分类的惯例，封装分为传统封装（第一阶段和第二阶段）及先进封装（第三至第五阶段），考虑到技术路径与指标的差异可将先进封装进一步细分，分为中端先进封装（第三阶段中大部分封装技术）与高端先进封装（第三阶段中少部分封装技术以及第四至第五阶段）。
传统封装与先进封装的主要区别包括键合方式由传统的引线键合发展为球状凸点焊接，封装元件概念演变为封装系统，封装对象由单芯片向多芯片发展，由平面封装向立体封装发展。
目前，全球封装行业的主流技术处于以 CSP、BGA 为主的第三阶段，并向以倒装封装（FC）、凸块制造（Bumping）、系统级封装（SiP）、系统级单芯片封装（SoC）、晶圆级系统封装-硅通孔（TSV）为代表的第四阶段和第五阶段封装技术迈进。
电子展浅谈凸块制造（Bumping）在先进封测技术中的重要性
①凸块制造的概念
凸块制造是一种新型的芯片与基板间电气互联的方式，这种技术通过在晶圆上制作金属凸块实现。具体工艺流程为：晶圆在晶圆代工厂完成基体电路后，由封测代工厂在切割之前进行加工，利用薄膜制程、黄光、化学镀制程技术及电镀、印刷技术、蚀刻制程，在芯片的焊垫上制作金属焊球或凸块。
相比传统的打线技术向四周辐射的金属“线连接”，凸块制造技术反映了“以点代线”的发展趋势，可以大幅缩小芯片体积，具有密度大、低感应、低成本、散热能力优良等优点；且凸块阵列在芯片表面，引脚密度可以被做得非常高，便于满足芯片性能提升的需求。此外，凸块的选材、构造、尺寸设计会受多种因素影响，例如封装大小、成本、散热等性能。
②凸块制造技术的起源
凸块制造技术起源于 20 世纪 60 年代。上世纪 60 年代，IBM 公司开发了倒装芯片技术，第一代倒装芯片为具有三个端口的晶体管产品。随着电子器件体积的不断减小以及 I/O 密度的不断增加，20 世纪 70 年代，IBM 公司将倒装芯片技术发展为应用在集成电路中的 C4 技术，C4 技术通过高铅含量的焊料凸块将芯片上的可润湿金属焊盘与基板上的焊盘相连，C4 焊球可以满足具有更细密焊盘的芯片的倒装焊要求。此后凸块制造技术进一步发展，利用熔融凸块表面张力以支撑晶片的重量及控制凸块的高度。
IBM 公司开发出的初代凸块制造技术奠定了凸块制造技术的底层工艺，并就该技术申请了发明专利。IBM 公司通过高铅焊料蒸镀工艺进行凸块加工，使用高温/低温共烧陶瓷载板（基板）进行互联，受该工艺方案限制，当时凸块间距较大（>250μm）、焊接温度过高（>300℃），且生产成本高居不下，很大的限制了凸块制造技术的推广和应用。
③凸块制造技术的发展
随着集成电路行业的发展，新的凸块制造工艺打破了初代技术的困局，其发展阶段与集成电路行业的两次重大产业转移以及显示面板产业的发展密切相关。
集成电路行业的第一次产业转移在 1970-1980 年代由美国至日本：美国作为集成电路的发源地，20 世纪 70 年代间，前 10 大集成电路制造商几乎均来自美国。日本在美国技术支持与本国政策与资金支持下，依托家电和工业级计算机产业繁荣发展实现反超，在 20 世纪 80 年代末，前 10 大集成电路制造商中有一半以上来自日本。与此同时，日本本土对面板智能化、轻薄化的需求增加，随之涌现大批日本封测技术厂商，凸块制造技术在这期间得到较大发展。
第二次集成电路行业产业转移在20世纪80年代-21世纪初，由日本至韩国、中国台湾：凭借低廉人工成本及大量高素质人才，韩国顺应消费级 PC 的趋势快速发展，而中国台湾在晶圆代工厂、芯片封测领域的垂直分工下出现市场机会，韩国与中国台湾迅速取代日本在集成电路产业大部分的市场份额。面板产业亦转移至韩国与中国台湾，凸块制造技术在产业化及转移的过程中随着终端应用的需求不断被优化，溅射凸块底部金属工艺和电镀凸块工艺取代了原先成本高昂的蒸镀技术方案，并将凸块间距缩小至 200μm 以下，原材料亦出现多元化，生产良率不断上升。
2010 年以来，全球集成电路产业与显示面板产业向中国大陆转移的趋势增强。随着集成电路晶圆制程技术从 2000 年左右的 300nm 发展到目前的 7nm，凸块间距也发展到 100μm 以下的细间距领域，单芯片上的金属凸块超过 1,500个，需要每个凸块都同基板上的线路形成良好电气接触，高密度细间距凸块布局对封测企业的凸块制造技术提出了非常高要求。
目前凸块制造技术底层工艺专利已成为公开技术，国内外同行业公司凸块制造技术均在原有凸块制造底层工艺上进行各个环节的技术创新，以达到终端应用发展的需求。
④凸块制造技术是先进封装技术发展与演变的重要基础
随着集成电路行业技术的进步与终端电子产品需求的提高，凸块制造技术也不断突破技术瓶颈、实现大规模产业化，并发展成为关键的高端先进封装技术之一。
凸块制造技术的重要性在于它是各类先进封装技术得以实现进一步发展演化的基础。倒装芯片（FC）技术、扇出型（Fan-out）封装技术、扇进型（Fan-in）封装技术、芯片级封装（CSP）、三维立体封装（3D）、系统级封装（SiP）等先进封装结构与工艺实现的关键技术均涉及凸块制造技术。硅通孔技术（TSV）、晶圆级封装（WLP）、微电子机械系统封装（MEMS）等先进封装结构与工艺均是凸块制造技术的演化延伸。
电子展浅谈全球集成电路封装测试行业发展情况
全球封装测试市场行业销售额从 2016 年的 510.00 亿美元增长至 2020 年的594.00 亿美元，保持着平稳增长；2020 年全球封测市场同比增速为 4.95%，高于2019 年的 1.07%，主要由于以下几个原因：①全球由于贸易摩擦带来的芯片恐慌提高了芯片库存；②5G 的应用使得厂商加大了智能手机、电脑等的备货；③居家办公的政策刺激了电子产品的需求。
未来，从供应端看，全球晶圆代工厂的持续扩产，将会有效缓解当前晶圆产能供不应求的状况。需求端来看，随着物联网、5G 通信、人工智能、大数据等新技术的不断成熟，全球集成电路行业进入新一轮的上升周期，封测行业也将受益，预计全球市场规模将在 2025 年达到 722.70 亿美元。同时，先进封装作为后摩尔时代的选择之一，将成为推动全球封测行业持续发展的新动力，预计将以6.50%的年复合增长率快速增长，2025 年在全球封测市场约占一半份额。
电子展浅谈中国大陆集成电路封装测试行业发展情况
受益于产业政策的大力支持以及下游应用领域的需求带动，境内封装测试市场跟随集成电路产业实现了高速发展。根据 Frost & Sullivan 数据，2016 年至 2020年，中国大陆封测市场的年复合增长率为 12.54%，远高于全球封测市场 3.89%的增长速度。从封测业务收入结构上来看，中国大陆封测市场依然主要以传统封装业务为主，但随着国内领先厂商不断通过海内外并购及研发投入，中国大陆先进封装业务有望快速发展。
近些年，高通、华为海思、联发科、联咏科技等知名芯片设计公司逐步将封装测试订单转向中国大陆企业，同时国内芯片设计企业的规模也在逐步扩大，以及全球晶圆制造龙头企业也陆续在大陆建厂扩产，在此背景下，国内封装测试企业将会步入更为快速的发展阶段。同时，未来先进封装将为集成电路产业创造更多的价值，随着智能汽车、5G 手机等的先进封装需求增加，产能紧张，将会带动封测价格提升，国内提前布局先进封装业务的厂商将会受益。
根据 Frost & Sullivan 数据，中国大陆封测市场预计将保持增长，在 2025 年达到 3,551.90 亿元的市场规模，占全球封测市场比重约为 75.61%，其中先进封装将以 29.91%年复合增长率持续高速发展，在 2025 年占中国大陆封测市场比重将达到 32.00%。
电子展浅谈封装测试行业发展趋势分析
①后摩尔定律时代，先进封装成为行业主流
随着集成电路器件性能的要求不断提高，促进了如 Bumping、Flip Chip、WLCSP、2.5D、3D 等先进封装技术的快速发展。后摩尔定律时代，由于先进制程的研发投入及难度不断提升，制程技术不能带来成本的有效降低，集成电路行业将更多依靠先进封装技术来实现硬件上的突破。先进封装在提升芯片性能方面具有巨大优势，可以在不依赖先进制程工艺前提下，提高芯片整体性能以及集成度，从而满足终端设备对于芯片体积、性能等不断提升的需求。
②产业链分工细化，专业封装测试企业市场地位稳固
随着产业规模的扩张、技术要求的提升，全球集成电路制造产业链分工进一步细化为 Fabless+Foundry+OSAT 的配合，每个环节的分工由此而明确。我国封装测试行业在全球产业链中占据重要地位，并且随着龙头企业的并购整合，市场份额将进一步扩大。
另外，随着我国集成电路产业经历了低端制造承接、长期技术引进、高端人才培育等产业发展环节，我国集成电路产业结构逐步完善，形成了以芯片设计为龙头、封装测试为主体、晶圆制造重点统筹的产业布局。未来伴随中国大陆芯片设计业和晶圆制造业的逐步崛起，下游封装测试产业有望持续受益。
③产业政策扶持、集成电路产业重心转移带来进口替代巨大机遇
我国持续出台集成电路相关产业政策，将其列为国家重点战略产业，对集成电路企业在税收、人才、技术等多方面提供支持，在此政策红利下，我国集成电路企业逐渐转亏为盈并发展壮大，国际地位也有所提升。
目前，中国大陆拥有全球非常大且增速非常快的集成电路消费市场，集成电路产业发展重心正逐渐转移至中国大陆。巨大的下游市场配合积极的国家产业政策与活跃的社会资本，正在全方位、多角度地支持集成电路行业发展。我国光伏、显示面板、LED 等高新技术行业经过多年发展已达到领先水平，也大力拉动了上游的功率半导体、显示驱动芯片、LED 驱动芯片等集成电路的国产化进程。
电子展小编觉得，随着集成电路产业链相关技术的不断突破，加之中国大陆在物联网、人工智能、新能源汽车等下游市场持续加大布局，中国大陆有望在集成电路封测等更多细分市场实现进口替代。
文章来源：封测实验室