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中國IC封裝行業現狀及未來發展格局預測
發布時間:2021-07-08 14:38瀏覽次數:54

由于過去發展基礎穩固,加上2014至2016年海外收購策略成效顯著,使得大陸本土半導體封裝及測試廠獲得先進封裝的技術,包括BGA、WLP、SiP等先進封裝均已實現量產。在此情況下,封測將是短期內能達成大陸自給程度最高的半導體環節。據亞化咨詢統計,中國半導體封裝企業已多達121家,中國迎來了封裝業發展黃金時期。

從電子元器件(如晶體管)的密度這個角度上來說,IC代表了電子學的尖端。但是IC又是一個起始點,是一種基本結構單元,是組成我們生活中大多數電子系統的基礎。同樣,IC不僅僅是單塊芯片或者基本電子結構,IC的種類千差萬別(模擬電路、數字電路、射頻電路、傳感器等),因而對于封裝的需求和要求也各不相同。所以,IC封裝在電子學金字塔中的位置既是金字塔的尖頂又是金字塔的基座。

全球IC封裝技術經歷的四大發展階段

IC封裝是伴隨IC的發展而前進的。隨著市場對IC的集成度要求越來越高,功能越來越復雜,對IC封裝密度要求越來越大,引線數越來越多,而體積越來越小,重量越來越輕,更新換代越來越快,封裝結構的合理性和科學性將直接影響IC的質量。半導體行業對IC封裝技術水平的劃分存在不同的標準,目前國內比較通用的標準是采取封裝芯片與基板的連接方式來劃分,總體來講,IC封裝技術的發展經歷了以下四個階段,每個階段都有其自身的優缺點。

第一階段:20世紀80年代以前,處于插孔原件時代,該時期的主要技術是針腳插裝,其特點使插孔安裝到PCB上,主要形式有SIP、DIP、PGA,這些形式的不足之處是密度、頻率難以提高,難以滿足高效自動化生產的需求。

第二階段:20世紀80年代中期,表面貼裝時代,該時期的主要技術是表面貼裝,其主要特點使引線代替針腳,引線為翼形或丁形,兩邊或四邊引出,節據為1.27到0.4mm,適用于3~300條引線。表面貼裝技術改變了傳統的PTH插裝形式,通過細微的引線將IC貼裝到PCB板上。主要形式為SOP(小外型封裝)、PLCC(塑料有引線片式載體)、PQFP(塑料四邊引線扁平封裝)、J型引線QFJ和SOJ、LCCC(無引線陶瓷芯片載體)等。它們的主要優點是引線細、短,間距小,封裝密度提高;電氣性能提高;體積小,重量輕;易于自動化生產。它們的不足之處是在封裝密度、I/O數以及電路頻率方面還是難以滿足ASIC、微處理器發展的需要。

第三階段:20世紀90年代的面積陣列封裝時代,該是時代的主要封裝形式有焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、無引線四邊扁平封裝(PQFN)、多芯片組件(MCM)。BGA技術使得在封裝中占有較大體積和重量的管腳被焊球所替代,芯片與系統之間的連接距離大大縮短。BGA技術的成功開發,使得一直滯后于芯片發展的封裝終于跟上芯片發展的步伐。CSP技術解決了長期存在的芯片小而封裝大的根本矛盾,引發了一場IC封裝技術的革命。

第四階段:21世紀至今,進入了微電子封裝技術堆疊封裝時代,主要技術是微電子封裝,其在封裝觀念上發生了革命性的變化,從從原封裝原件概念演變封裝系統。

目前,全球IC封裝的主流正處在第三階段的成熟期,PQFN和BGA等主要封裝技術進行大規模生產,部分產品已開始在向第四階段發展。

盤點:應用于不同領域的IC分別采用何種封裝形式

封裝技術應用領域及代表封裝形式(資料來源:前瞻產業研究院)

中國IC封裝行業現狀

目前,中國IC封裝在在中國產業升級大時代背景下,有完善的政策資金支持;同時,中國消費電子產業的崛起、相關產業工程師數量的日益增多,使得中國IC封裝業迅速崛起。在這期間,中國IC先進封裝技術也得到了快速發展,根據中國半導體行業協會的統計數據,我國封測產品中先進封裝技術占比由2008年的不足5%快速增長到2017年的超過30%。

2008~2018年中國IC封裝行業市場規模變化趨勢及先進封裝技術占比情況(單位:億元,%)(圖片來源:前瞻經濟學人APP)

本土封測企業已超過120家

自2009年至2018年,我國IC銷售規模從1109億元增長到6532億元,年均復合增長率達到21.78%,其中封測占據33.59%,達到2193.9億元。亞化咨詢預計,2023年中國半導體封測市場(包含IDM部分)將突破4000億元人民幣。

2016~2019全球前十大OSAT企業封測收入統計及預測(億美元)數據來源:亞化咨詢整理(OSAT: Outsourced Semiconductor Assembly and Test)

相對于IC設計及晶圓制造,封測行業具有投入資金較小、建設速度快等優點,中國憑借成本和地理優勢,近些年快速發展了半導體封測產業,大批的外資企業將產能轉移到大陸或在大陸新建產能。除此之外,中國半導體封測企業也如雨后春筍般涌現,亞化咨詢統計,中國半導體封裝企業已多達121家,中國迎來了封裝業發展黃金時期。

來源:亞化咨詢

現階段我國IC封裝市場中,DIP、QFP、QFN/DFN等傳統封裝仍占據我國市場的主體,約占70%以上的封裝市場份額;BGA、CSP、WLCSP、3D堆疊等先進封裝技術只占到總產量的約20%。近幾年來,在表面貼裝的面積陣列封裝領域,除了有技術、市場優勢的跨國企業外,我國長電科技、通富微電、華天科技等企業憑借其自身的技術優勢和國家重大科技專項的支持,逐步接近甚至部分超越了國際先進水平。但高密度封裝工藝目前仍處于研發階段,尚未實現量產。

我國封裝企業按先進封裝技術的成熟程度劃分梯度分布情況(來源:前瞻產業研究院)

本土IC封裝產業受動蕩局勢的影響表現如何?

因全球經濟成長趨緩、美中貿易戰后續負面效應浮現,終端應用市場需求表現疲弱,包括PC、智能型手機、挖礦、消費性電子、車用電子、工業用等,造成半導體供應鏈庫存調整時間拉長,更何況美中貿易摩擦的出現,半導體制造材料和半導體產品均有涉及,因而2019年第1季全球前10大業者中的大陸廠商長電科技、華天科技、通富微電等,營收表現遠不如預期,并反映于2019年首季大陸半導體封裝及測試業銷售額年增率由2018年的16.10%減緩至5.10%。

事實上,在2019年5月美中貿易戰再度升溫之際,又有華為事件的干擾,2019年第2季大陸半導體封裝及測試業景氣表現仍不佳,下半年更不樂觀。因晶圓代工廠產能利用率繼續處于低位,導致封測行業仍然有下滑的風險,更何況美中貿易摩擦的進一步加劇抑制下游終端客戶需求,不利于整體半導體乃至于封測行業下半年的表現。

雖然短期內大陸半導體封測業景氣呈現明顯趨緩的態勢,但廠商的布局動作仍不斷,如中國國家產業基金將透過芯電半導體和金投領航募集36億元人民幣的資金,協助大陸半導體封測龍頭廠商長電科技進行先進封裝技術產能的擴充,特別是Bumping、WLCSP等,為即將到來的5G通訊和物聯網發展商機提前布局。華天科技完成收購馬來西亞封測企業Unisem,不但可有效拓展華天科技在通訊射頻器件的封測客戶,更可藉由海外封測基地接單部分業務,在靈活調動的基礎上,降低關稅帶來的影響。

由于過去發展基礎穩固,加上2014至2016年海外收購策略成效顯著,使得大陸本土半導體封裝及測試廠獲得先進封裝的技術,包括BGA、WLP、SiP等先進封裝均已實現量產。在此情況下,封測將是短期內能達成大陸自給程度最高的半導體環節。更重要的是,先進封裝技術賦予半導體封測價值重購的機會,意味著先進封裝技術驅使封測廠商往方案解決商來進行轉換,將使得中長期大陸本產業的附加價值不斷提升。

本土IC封裝行業未來發展格局預測

經過60多年的發展,IC產業隨著電子產品小型化、智能化的發展趨勢,技術水平、產品結構、產業規模等都取得了舉世矚目的成就。就IC封裝類型而言,在它的三個階段發展過程中,已出現了幾十種不同外型尺寸、不同引線結構與間距、不同連接方式的電路。

在中國多元化的市場上,目前及未來較長一段時間內這三個階段中的所有IC封裝技術與產品結構等都將呈現并存發展的格局,具體格局發展格局如下圖所示:

中國封裝未來格局(來源:前瞻經濟學人App)

本土IC封裝行業將面臨的機遇

近年來,由于智能手機等智能終端的發展,國內外IC市場對中高端IC產品需求持續增加,因而對BGA、WLP、FC、SIP、3D等先進封裝技術的需求更是呈現快速增長的態勢,形成了傳統封裝日益減少和先進封裝份額日益增多的局面。因此,我國IC封裝行業也將面臨巨大發展機遇。

首先,當前國家信息安全已上升到國家戰略,將會通過“換芯”工程等舉措實施芯片國產化戰略,這也意味著未來在黨政軍的采購中,將會大規模采購國產芯片,給我國IC產業帶來巨大的市場需求。同時,在供給側結構性改革的驅動下,高端供給能力的提升,每年2000億美元以上的進口市場份額也將給進口替代帶來巨大市場空間。規模超千億元的國家IC產業發展基金將給IC制造業帶來更多活力。

另外,IC產業不再依賴CPU、存儲器等單一器件發展,移動互聯、三網融合、多屏互動、智能終端帶來了多重市場空間,商業模式不斷創新為市場注入新活力。此外,先進IC在進入20nm甚至是14nm制程之后已經逐漸進入瓶頸,生產技術正孕育新的突破,如異質架構器件、3D制造、3D封裝、納米材料,傳統工藝還有很大市場空間,特別是數?;旌项I域。這也是我國IC制造業實現“由‘跟跑者’向‘并行者’、‘領跑者’轉變”的良好時機。

再次,隨著我國經濟發展方式的轉變、產業結構的加快調整,以及新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步發展,中國制造2025、中國互聯網+、物聯網等國家戰略的實施將給IC帶來巨大的市場需求。如物聯網解決方案市場規模在2020年將達到7.2萬億美元,與物聯網相連的終端出貨量將達到500億件,對傳感器、微控制器和射頻芯片的需求讓IC有了全新的市場。IC制造業將獲得更多的國內市場支撐。

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