半導體行業：先進封裝關鍵技術

??2021?年，先進封裝市場規模約?375?億美元，占整體封裝市場規模的44%，預計到2027年將提升至占比53%，約?650億美元，CAGR21-27為?9.6%

??摩爾定律放緩，芯片特征尺寸已接近物理極限，先進封裝成為提升芯片性能，延續摩爾定律的重要途徑。

全球封裝技術向先進封裝邁進

先進封裝是指處于前沿的封裝形式和技術，通過優化連接、在同一個封裝內集成不同材料、線寬的半導體集成電路和器件等方式，提升集成電路的連接密度和集成度。目前，帶有倒裝芯片（FC）結構的封裝、晶圓級封裝（WLP）、系統級封裝（SiP）、2.5D/3D?封裝等均被認為屬于先進封裝范疇。

封裝技術演進：從傳統封裝，到采用硅中介層的2.5D?封裝，到?TSV?垂直連接的3D?封裝

??先進封裝增速高于整體封裝，2.5D/3D封裝增速居先進封裝之首。

根據Yole，2021年，先進封裝市場規模約?375億美元，占整體封裝市場規模的44%，預計到2027年將提升至占比53%，約?650億美元，CAGR21-27為?9.6%，高于整體封裝市場規模CAGR21-276.3%。先進封裝中的2.5D/3D封裝多應用于(x)PU, ASIC, FPGA, 3D NAND, HBM, CIS等，受數據中心、高性能計算、自動駕駛等應用的驅動，2.5D/3D封裝市場收入規模CAGR21-27高達?14%，在先進封裝多個細分領域中位列第一。

??先進封裝處于晶圓制造與封測制程中的交叉區域，涉及IDM、晶圓代工、封測廠商，市場格局較為集中，前6?大廠商份額合計超過80%。全球主要的?6?家廠商，包括?2?家?IDM?廠商(英特爾、三星)，一家代工廠商(臺積電)，以及全球排名前三的封測廠商(日月光、Amkor、JCET)，合計處理了超過80%的先進封裝晶圓。

??TSV?指Through Silicon Via，硅通孔技術，是通過硅通道垂直穿過組成堆棧的不同芯片或不同層實現不同功能芯片集成的先進封裝技術。

TSV?主要通過銅等導電物質的填充完成硅通孔的垂直電氣互連，減小信號延遲，降低電容、電感，實現芯片的低功耗、高速通信，增加帶寬和實現器件集成的小型化需求。此前，芯片之間的連接大多都是水平的，TSV的誕生讓垂直堆疊多個芯片成為可能。

相機模組尺寸對比：帶引線鍵合的圖像傳感器（a）VS?帶?TSV?的圖像傳感器（b）

??TSV?用途大致分為?3?種：背面連接（應用于CIS?等）、2.5D封裝（TSV在硅中介層）、3D封裝（TSV位于有源晶粒中，用于實現芯片堆疊）。

目前，國內頭部封測企業如長電科技、通富微電、華天科技、晶方科技等都在TSV有所布局。目前國內封測廠進行的TSV工序多用于CIS等封裝，高深寬比要求的?TSV?仍多由晶圓廠來完成。

TSV?的三種應用形式：背面連接、2.5D封裝、3D?封裝

??TSV?制造涉及的相關設備種類繁多。

以2.5D interposer為例，其制造流程可以分為三大部分：TSV process-Via last or Via middle（TSV孔的制造）、Front side process-Dual Damascene process（正面制程-大馬士革工藝）以及?Backside process-Cu Expose & RDL process（背面制程-露銅刻蝕和?RDL制程）。每個部分具體環節對應不同設備及不同指標。TSV生產流程涉及到深孔刻蝕、PVD、CVD、銅填充、微凸點及電鍍、清洗、減薄、鍵合等二十余種設備，其中深孔刻蝕、氣相沉積、銅填充、清洗、CMP去除多余的金屬、晶圓減薄、晶圓鍵合等工序涉及的設備最為關鍵。

2.5D interposer?制造流程及所需設備

??國內封測廠TSV?布局情況：多家頭部廠商已有布局

內資封測廠商向TSV等先進封裝領域突破。全球半導體產業經歷二次產業轉移，目前處于第三次產業轉移的進程之中，作為半導體領域壁壘相對較低的領域，封測產業目前主要轉移至亞洲區域，主要包括中國大陸、中國臺灣、東南亞等。

封測是中國大陸集成電路發展最為完善的板塊，技術能力與國際先進水平比較接近，我國封測市場已形成內資企業為主的競爭格局。中國大陸封測市場目前主要以傳統封裝業務為主，經過多年的技術創新和市場積累，內資企業產品已由DIP、SOP、SOT、QFP等產品向QFN/DFN、BGA、CSP、FC、TSV、LGA、WLP等技術更先進的產品發展，并且在WLCSP、FC、BGA?和?TSV?等技術上取得較為明顯的突破，產量與規模不斷提升，逐步縮小與外資廠商之間的技術差距，極大地帶動我國封裝測試行業的發展。

國內封測企業三梯隊中，第一梯隊企業在先進封裝領域在TSV?已有布局

我國頭部封測企業，如長電科技、通富微電、華天科技、晶方科技已有采用TSV技術封裝的產品批量出貨。2.5D/3D封裝所需的晶圓內部的加工如TSV加工，硅轉接板加工等工序屬于晶圓廠擅長制程，而晶圓，裸芯片(Die)之間的高密度互聯和堆疊，以及和基板，接點的互聯技術屬于芯片后道成品制造環節的優勢。

應用于CoWoS等2.5D/3D先進封裝中的TSV技術對深寬比等有更高要求，需要用到諸多前道設備，仍多由晶圓廠來完成。國內封測廠則在先進封裝平臺、CIS封裝等領域對?TSV技術有所布局。長電科技的XDFOI技術平臺有?TSV less和TSV方案。通富微電?2021?年在高性能計算領域建成了?2.5D/3D?封裝平臺（VISionS）及超大尺寸?FCBGA研發平臺，并完成高層數再布線技術開發，可為客戶提供晶圓級和基板級Chiplet?封測解決方案；在存儲器領域，多層堆疊NAND Flash?及LPDDR封裝實現穩定量產，并在國內首家完成基于TSV?技術的3DS DRAM?封裝開發。華天科技工業級12?吋?TSV-CIS?產品已實現量產。晶方科技應用晶圓級硅通孔（TSV）封裝技術，聚焦以影像傳感芯片為代表的智能傳感器市場，封裝的產品主要包括CIS芯片、TOF芯片、生物身份識別芯片、MEMS?芯片等，應用于智能手機、安防監控數碼、汽車電子等市場領域。

頭部封測企業量產主要封裝形式

編輯：黃飛

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