半导体先进封装发展趋势（半导体先进封装深度报告）

（报告出品方/作者：中信证券，徐涛、王子源）

先进封装：后摩尔时代提升系统性能的重要路径

封装简介：为半导体产业链后段部分，面向小型化、集成化发展

封装为半导体产业核心一环，主要目的为保护芯片。半导体封装测试处于晶圆制造过 程中的后段部分，在芯片制造完后，将晶圆进行封装测试，将通过测试的晶圆按需求及功 能加工得到芯片，属于整个 IC 产业链中技术后段的环节，封装的四大目的为保护芯片、 支撑芯片及外形、将芯片的电极和外界的电路连通、增强导热性能作用，实现规格标准化 且便于将芯片的 I/O 端口连接到部件级（系统级）的印制电路板（PCB）、玻璃基板等材料 上，以实现电路连接，确保电路正常工作。

封装外壳材料通常可分为塑料、陶瓷、金属三种。封装的材料主要有塑料、陶瓷、金 属封装三种，塑料封装的散热性最差，但塑料制作最容易、成本最低，通常使用在结构较 简单、芯片内含有 CMOS 数目较少的集成电路；陶瓷封装的散热性较佳，但是陶瓷需要 烧结成型，成本较高，通常使用在结构较复杂的芯片；而金属的散热性是最好的，但金属 会导电，因此无法直接作为封装外壳，所以目前大多先使用陶瓷或塑胶封装，并将封装外 壳上方的陶瓷或塑胶以金属外壳取代。

封装连接结构可分为内部封装以及外部封装，晶圆级封装跳脱于传统内部及外部封装 之分。封装内部是指封装内部芯片与载体(引线框架或载板)之间的连接方式，最常见方式 包括引线键合(WB, Wire bonding)、载带自动焊(TAB)、倒装封装(FC, Flip Chip)，载体是 芯片裸晶和印刷电路板(PCB)传递电信号的管道，目前市场上应用最多的是引线键合(WB) 及倒装封装(FC)。而外部封装为引线框架(或载板)与印刷电路板(PCB)之间的连接方式，是 我们肉眼可见的封装外型，也是最常被提及的封装形式，例如 QFP、QFN、BGA、LGA 等。此外，部分晶圆级封装因为无需引线框架或导线载板，直接与 PCB 板连接，因此跳 脱于传统内部及外部封装之分。

封装效果以封装效率、引脚数衡量、散热程度为三大衡量指标。封装效果的主要评价 标准以封装效率、引脚数、散热性能为主。在满足封装基本要求的前提下，封装效果评价 主要基于以下三点： 1) 封装效率。芯片面积/封装面积，尽量接近 1:1 为宜，缩小体积为目前封装发 展方向，晶圆级封装能够做到接近 1:1 的比例； 2) 引脚数。每单位(mm2 )引脚数越多（I/O 越多），封装程度越高级，但是工艺难 度也相应增加，引脚数多的封装通常用在高端的数字芯片封装中； 3) 散热程度。引脚数越多，所产生的热能越多；封装体积越小，散热效能越低， 因此如何在封装效率、引脚数、散热程度取得平衡，成为封装评价关键的一 点。

先进封装：摩尔定律放缓且成本提升，集成化封装为提升系统性能另一发 展主轴

摩尔定律迭代速度放缓，从系统应用出发，整体性能提升依靠先进封装技术。在硅基 半导体的技术演进上，每 18 -24 个月晶体管的数量每年翻倍，带来芯片性能提升一倍，或 成本下降一半，这一规律称为“摩尔定律”。先进制程带来的成本优势和先发优势，使得半 导体厂商一直致力于实现特征尺寸的缩小，而如今，随着延续摩尔定律所需新技术研发门 槛提高、研发周期拉长，制程工艺迭代需花费更长时间，且成本提升明显。业界认为，系 统异质整合是提升系统性能，降低成本的关键技术之一，需要依赖先进封装技术。以 CPU 为例，从 CPU 处理器的性能发展驱动力来看，近十余年，单核性能提升的效果边际降低， 增加处理器核心数量尤为关键。由于单颗芯片面积越大，良率越低，相应成本越高，先进 封装成为低成本增加核心数量的重要方式。以 AMD 的 chiplets 架构举例，可以设计成多 晶粒架构，将处理器的多个处理核心制造在多个晶粒里，再封装整合成单一 CPU，取代原 本将所有核心在单一芯片统一制造的方式，可大大降低成本。再如苹果于 2022 年发布的 M1 Ultra 芯片是由两颗 M1 Max 芯片通过台积电 InFO-LSI 技术封装在一起，实现了芯片 性能的翻倍。先进封装技术能解决异质高密度的集成，运用封装技术继续提升整体性能。

封装朝小型化、多引脚、高集成目标持续演进。封装历史发展大概分为五阶段，目前 市场主流封装形式仍以第三阶段为主流，BGA 和 CSP 等主要封装形式进入大规模生产阶 段。封装演变历史朝小型化、I/O 数量增加（多引脚）、集成化三向发展。以小型化为例， 过去 DIP 封装后的体积是芯片的 100 倍大，发展至 CSP 仅芯片的 1.2 倍或更小；I/O 数量 也从过去 6 个引脚增加到数千个以上。先进封装位于整个封装技术发展的第四阶段及第五 阶段，I/O 数量多、芯片相对小、高度集成化为先进封装特色。

先进封装以内部封装工艺的先进性为评判标准，并以内部连接有无基板可分两大类。 先进封装的划分点在于工艺以及封装技术的先进性，一般而言，内部封装为引线框架(WB) 的封装不被归类为先进封装，而内部采用倒装(FC)、晶圆级(WL)等先进技术的封装则可以 称为先进封装，先进封装以内部连接有无载体(基板)可一分为二进行划分： 1) 有载体(基板型)：内部封装需要依靠基板、引线框架或中介层(Interposer)，主要 内部互连为倒装封装(FC)，可以分为单芯片或者多芯片封装，多芯片封装会在中 介层(或基板)之上有多个芯片并排或者堆叠，形成 2.5D/3D 结构，基板之下的外 部封装包括 BGA/LGA、CSP 等，封装由内外部封装结合而成，目前业界最具代 表性且最广为使用的组合包括 FCBGA(倒装 BGA)、Embedded SiP、2.5D/3D Integration。 2) 无载体(晶圆级)：不需要基板、引线框架或中介层(Interposer)，因此无内外部封 装之分，以晶圆级封装为代表，运用重布线层(RDL)与凸块(Bumping)等作为 I/O 绕线手段，再使用倒放的方式与 PCB 板直接连接，封装厚度比有载体变得更薄。 晶圆级封装分为扇入型(Fan-in)跟扇出型(Fan-out)，而扇出型又可以延伸出 3D FO 封装，晶圆级封装为目前封装技术中最先进的技术类别。 先进封装以缩小尺寸、系统性集成、提高 I/O 数量、提高散热性能为发展主轴，可以 包括单芯片和多芯片，倒装封装以及晶圆级封装被广为使用，再搭配互连技术(TSV, Bump 等)的技术能力提升，推动封装的进步，内外部封装可以搭配组合成不同的高性能封装产品。

下游应用：移动设备、多引脚、高性能产品为主要需求

晶圆级封装多用在小型移动设备，基板型多用在引脚多且无体积限制的产品，多芯片 又可以被归类为 SiP 封装。先进封装可以由单芯片、多芯片、晶圆级、基板级组合而成， 晶圆级和基板级的不同源自于制程上的差异，晶圆级封装用到芯片制造的工艺，需要淀积、 光刻、去胶、刻蚀等流程，相较于基板级封装，晶圆级封装能够有更小的封装体积，因此 多用在小型移动设备，而基板级多用在高引脚且无体积限制的产品。一般而言，多芯片封 装都在封装内部自成一个子系统，因此多芯片又可以被归类为 SiP (System in Package, 系统级封装)，SiP 封装关注在封装内的系统实现，不管先进性与否，只要是能自成系统的 都可以称为 SiP，而先进封装领域的 SiP 包括 2.5D/3D FO、Embedded、 2.5D/3D Integration 以及技术比较先进的异质异构封装(比如苹果手表 S 系列芯片)等。

1. 单芯片基板型

FCBGA 为 FC 与 BGA 合成，多用在高引脚数量和高性能 ASIC(专用集成电路)。 FCBGA 顾名思义就是 FC 倒装技术与 BGA 技术结合的产物。这种封装使用焊球作为底部 引脚来连接基板与 PCB 的同时，芯片通过 FC 技术与基板实现互连。该技术主要特点表现 在以下三个方面：（1）优异的电性效能，同时可以减少组件互连间的损耗及电感，降低电 磁干扰的问题，并承受较高的频率；（2）提高 I/O 的密度，提高使用效率，有效缩小基板 面积缩小 30%至 60%，I/O 可以支持 600-1200 个以上；（3）散热性好，可提高芯片在高 速运行时的稳定性。FCBGA 大量应用在高引脚数量和高性能 ASIC，大尺寸 FCBGA 能 提供满足互联网、工作站处理器和高带宽系统通讯设备需求的封装解决方案，目前 FCBGA 常见应用包括 CPU、图形加速芯片、服务器等，其改良版 FCLGA 可以支持数千个 I/O， 最典型的应用就是英特尔 CPU 封装。

2. 多芯片基板型

Embedded SiP 适合低功耗及高温环境，多用在电源管理芯片。Embedded SiP 封装 是将 Die 嵌入在基板内，不同于常见的形式是放在基板之上，嵌入式的好处在于芯片之间 连接距离变近，能够降低功耗损失，此外这种封装方式耐热性能也较好，电源管理能力出 众，因此被大量应用在电源管理芯片、传感器、影像模组、微控制器等需要低功耗及高温 环境运作的产品。

3. 单芯片晶圆型

晶圆级封装(WLP)不需任何中介层，分扇出及扇入型两种，大量用在小型便携移动设 备。晶圆级封装分为扇入型(Fan-in)跟扇出型(Fan-out)，扇入的原理就是在原芯片尺寸内 部将所需要的 I/O 口排列完成，封装尺寸基本等于芯片尺寸，I/O 数量一般小于 400，大量 运用在小型便携产品，应用包括电源管理、高端射频芯片，FPGA 等。而当芯片的尺寸不 足以放下所有 I/O 接口的时候，就需要扇出型封装，在芯片范围外利用 RDL 做连接，以 获取更多的引脚数，在环氧树脂（EMC）中嵌入每个裸片时，每个裸片间的空隙有一个额 外的 I/O 连接点，这样 I/O 数会更高，使互连密度最大化，属于人为扩大芯片的封装尺寸。 扇出型封装多运用在高速，低功耗和高频率的小型移动设备。

扇出型封装制程主要有三种，大体与扇入型封装差不多，主要差别在于前期会将芯片 取下重组晶圆。扇出型封装为扇入型封装的改良，其制程与扇入型封装基本一致，不同的 是其并不是拿原始硅片去做，而是会将芯片切割下来后重组晶圆，原因是要制造扇出区的 空间出来，扇出型封装有三种主要制造工艺，第一是芯片先装/面朝下（mold-first / face-down）、第二是芯片先装/面朝上（mold-first/face-up）和第三芯片后装（RDL-first）。 以 mold-first/face-down 工艺流程为例，封装厂将晶圆厂的原始硅片进行芯片切割，最后 通过芯片贴装系统，将芯片放置在临时载板上。环氧模塑料被塑封在芯片和载板上，形成 重构晶圆，然后在重构晶圆内形成 RDL。在 RDL 制造流程中，先在衬底上沉积一层铜种 子层，再在该结构上涂布一层光刻胶，然后利用光刻设备将其图案化，最后电镀系统将铜 金属化层沉积其中，形成最终的 RDL。基本上封装工序与扇入型封装大同小异。

4. 多芯片晶圆型

2.5D/3D Fan-out 应用在高端移动设备终端。 2.5D/3D Fan-out 由扇出型晶圆级封装 发展而来，归属扇出型封装一类，其 I/O 数可高达数千个，是目前最先进的封装技术，被 大量运用在应用在移动设备终端，包括用于 CPU、GPU、电源管理芯片、射频收发器芯 片、基带处理器、高端网络系统等多种高端应用领域，晶圆代工厂进入 2.5D/3D Fan-out 且引领整个行业。

5. SiP 封装

SiP 封装涵盖广，关注系统在封装内的实现，大量运用在 5G 应用场景。系统级封装 (SiP, System in-a-package)为 MCM 封装的演进，相较于 MCM 主要为芯片组成，SiP 可 以由无源器件、光电组件等不同功能的电子组件组进行排列组装，形成一个系统或者子系 统，关注系统在封装内的实现。上述多芯片的封装皆可属于 SiP 封装，此外有些 SiP 封装 因为工艺较先进，虽只是将有源和无源器件集成，但可以被归为先进封装，如苹果手表 S系列芯片。SiP 封装概念很广，只要是系统级封装都可以称之，包含 2D-3D 结构，现在被 大量应用在穿戴式装置（如智能手表、蓝牙耳机等）、5G 毫米波（mmWave）天线封装模 组（AiP）等应用。

市场空间：预计先进封装五年后超 500 亿美元，倒装封装为主要应用

2020 年全球/中国封测市场规模分别约 660 亿美元/2510 亿元，预计 2020~2025 年 CAGR 分别约 5%、10%。根据 Yole 数据，全球封装市场规模稳步增长，2020 年全球市 场规模 660 亿美元，2025 年将提升到 850 亿美元左右，对应 CAGR 达 5.2%。中国作为 全球最大的芯片消费国，市场对于封测的需求也日益增加，据中国半导体行业协会， 2020/2021 年市场规模分别为 2510/2763 亿元，2013-2021 年 CAGR 为 12.2%；据前瞻 产业研究员预测，2026 年有望提升至 4419 亿元，2021-2026 年 CAGR 约 9.9%，增速远 快于全球，原因一是中国半导体市场需求蓬勃，二是受益于国产替代的加速进行，三是国 内封测厂积极扩厂使封装量产能力增加，而刺激国内封测收入激增。

Flip-chip 倒装封装牢牢占据先进封装行业收入顶点，3D 堆叠/嵌入式封装/晶圆级扇 出成长幅度最大。先进封测市场规模以互连技术划分，目前以倒装封装（Flip-chip）最大， 其次是晶圆级扇入型 Fan-in 和晶圆级扇出型 Fan-out 封装。基板类先进封装基本上都需要 Flip-chip 倒装进行内部封装，因此 Flip-chip 占据超过 80%的先进封装市场份额，许多没 体积限制又需要高引脚的产品多采用这种方式；而晶圆级封装相对于整体先进封装市场规 模还较小，主要是因为制程较领先且各厂商还在积极放量中，目前应用多在高端的小型体 积封装。若从成长幅度来看，3D 堆叠/嵌入式封装/晶圆级扇出型为发展最快速的前三大应 用市场，Yole 预测 2019-2025 CAGR 分别为 21.3%/18%/16%，此外 TSV 作为 2.5D/3D 立体封装会大量使用到的互连技术，Yole 预测 2019-2025 CAGR 为 29%，增长幅度大幅 领先其他技术。

竞争格局：IDM Foundry 切入先进封装，OSAT 头部集中

封测行业集中度高, 中国大陆、中国台湾、美国占据全球近 90%份额。由于厂商需要 长期的大额资本开支，全球委外封装业务(OSAT)有较为集中的特性。大量中小型封测厂商 被并购，行业集中度提升。近几年行业发生最大的一起并购案，是全球最大的封测厂日月 光收购的全球第四大封测厂的矽品，并购金额高达 40 亿美元。在行业龙头割据下，封测 产业从地理位置上也呈现高度集中的态势，2020 年中国台湾、中国大陆、美国市占率分 别为 52%/21%/15%，合计占据 88%的市场份额。

封测厂客户集中度高，营收波动较大。因为各委外封装厂均有自己擅长的主要封测领 域，因此封测厂的客户比较集中，从营收来看，2021 年大多数大型的封测厂前五大营收 占比集中在 40%以上，也有许多高于 60%，因此多数公司营收会出现较依赖大型客户的 情形，受大客户订单波动影响概率高，但相对的因为大客户的集中，销售费用、员工差旅 费用、业务招待、应收账款催收等支出能有效降低，在成本及规模效应明显的封测行业， 支出的控制也是竞争优势之一。

晶圆制造巨头触角伸向后端封装，打造从制造到封装的一体化工艺程序，OSAT 在压 力下集中度或将继续提升。随着智能手机的发展、5G 普及、自动驾驶兴起、高性能运算 需求大增，对于芯片要求小体积、高性能、多功能整合、低功耗设计，伴随着先进制程的 物理瓶颈，除了传统委外封测代工厂(OSAT)外，晶圆代工厂以及 IDM 公司也都相继成立 自己的封装厂，开发高端的封装技术，包括台积电、英特尔、三星等企业都已展开布局多 年，比如台积电目前已有四座先进芯片封装厂，持续加码投资人民币 716 亿元于台湾苗栗 兴建第五座封装厂；三星也有数座封装厂、晶圆代工厂将触角延伸至后端封测领域，可推 断出未来十年先进封装将扮演半导体行业重要角色之一。先进封装的规模在整体封装市场 比重不断上升，在后摩尔时代，封装行业变成兵家必争之地，未来将会演变成晶圆制造厂 有自己从制造到封装的一体化工艺程序，而 OSAT 则是强者恒强，有望更加集中。

三大先进封装：SiP、晶圆级封装、2.5D/3D 封装

SiP：5G/物联网需求增长，2025 年有望达 188 亿美元，OSAT 异质异构 把控市场

从单片集成到异质异构集成，SiP 料将超过 SoC 成为电路集成化主要解决方案。芯 片集成化是行业明确发展趋势，将电子系统各方面功能高度集成主要有两条技术路径，一 是 SoC 技术（System on Chip），实质为单片集成，通过芯片设计在制造环节将多个组件 集成在一个芯片上，增加电路传递效能进而降低功耗，且节省体积，缺点是工艺统一、成 本高昂，多应用在高单价且运算功能要求高的 HPC、CPU、GPU 等；二是 SiP 技术（System in Package），实质可以实现异质异构集成，在封测端将多个芯片封装成一个系统，与 SoC 相比，SiP 具有开发周期短、成本较低的优势，可以集成不同工艺芯片，降低成本，更加 多样化。基于成本及应用考虑，SiP 实现的异质异构集成，在应用层面比 SoC 更广阔。

2025 年 SiP 封装规模有望达 188 亿美元，以倒装 Flip-chip SiP 封装形式为主。SiP 封装概念较广，只要是系统级封装都可以称之，包含 2D-3D 结构，SiP 封装在未来会飞快 的增长。根据 Yole 数据，在先进封装领域，2019 年 SiP 封装市场规模约为 134 亿美元， Yole 预计 2025 将达 188 亿美元，对应 CAGR 达 11%，成长迅速，其中 Flip-chip 技术占 SiP 封装市场规模的 91%，为最大的应用封装技术，其次为扇出型晶圆级封装，占比约 8.5%， 最后为嵌入式封装，占比仅 0.5%。Yole 预计 2025 年 Flip-chip SiP/扇出型 SiP/嵌入式 SiP 市场规模分别为 171/13.64 /3.15 亿美元。

5G 手机出货量增长、物联网万物互联应用增加，刺激 SiP 封装需求。消费电子以智 能手机为主要市场，射频芯片(RF)是智能手机的核心芯片之一。Strategy Analytics 预测， 全球 5G手机出货量将在 2024年来到 8.55亿台，而伴随而来的就是大量的射频芯片需求； Yole 预测 2025 年全球射频芯片的规模将会到 254 亿美元，相较于 2020 年 167 亿美元， CAGR 高达 8.7%。除了智能手机及 5G 基站等射频类有 SiP 封装需求，物联网万物互联 的应用场景也激发需求增加，包括家电、穿戴式设备、传感器、汽车、智能家居等应用都 会采用。

SiP 封装发展较成熟但仍具挑战，各家厂商群雄逐鹿。SiP 封装于未来将有广阔市场 空间，各大 OSAT 已布局多年，目前 SiP 在先进封装领域已经相对成熟，但在异质整合的 应用上仍有部分困难点，以射频模组应用目前的两个挑战举例：（1）兼容的射频器件数量 大幅度提升，导致系统连接变得更加复杂，各个功能芯片、被动元件、基板乃至注塑材料 之间，会产生不同程度的干扰，假如同时将 Sub-6GHz 与毫米波天线模组兼容进去，又会 更复杂，因此平衡各个模组间的运行是第一大挑战；（2）多器件的高密度摆放、芯片堆叠 会造成制造问题，比如芯片与基板的连接材料、塑封原材料都要求低损耗特性等功能，又 增加困难度。SiP 封装为各家封装厂商的投入重点，也在寻找各自方法解决封装难点。

异质异构 SiP 封装由 OSAT 把持，晶圆代工厂布局意图不大，国内厂商与国际技术同 一水平。OSAT 厂相对晶圆代工厂的 SiP 封装优势在于异质异构的先进封装，比如苹果手 表 S 系列的高密度整合各种有源及无源组件，相似产品多应用在射频、基站、车用电子等 领域的多种组件集成，晶圆代工厂对这块领域的布局意图不大，更多应用在高性能计算、 高端传感等工艺最难的高密度产品，包括晶圆级封装、2.5D/3D 产品等，注重自身高端客 户需求以及高毛利产品，因此对于封测厂(OSAT)来说，异质异构 SiP 封装是一个稳定的增 量市场。从技术上来看，国内厂商异质异构 SiP 封装技术基本与国际保持同一水平。根据 Yole 数据，2020 年 OSAT 占据 60%的 SiP 市场份额，而 IDM 和晶圆代工厂分别占据 25% 和 14%。

晶圆级封装：2025 年市场规模有望超 55 亿美元，对应 5 年 CAGR 近 20%

2025 年晶圆级封装市场规模有望成长至 55.37 亿美元，对应 2020-2025 年 CAGR 达 12.6%。其中，扇出型晶圆级封装成长最快，对应 2020-2025 年 CAGR 达 19.7%。晶圆 级封装为先进封装重点发展之一，因为封装后体积小，所以大量运用在移动设备领域， Fan-in 大量运用在手机、通信和汽车领域，引脚数相对较少的芯片类型，例如电源管理 IC、 射频组件、传感器等，Fan-out 大量运用在引脚数较多的高性能芯片，如高性能计算、应 用处理器、CPU/GPU、射频 AiP 等，考虑引脚数差别，Fan-out 的应用层级比 Fan-in 更高。根据 Yole 数据，2020 年晶圆级封装市场规模为 30.64 亿美元，Yole 预计 2025 年成 长至 55.37 亿美元，对应 5 年 CAGR 为 12.6%；其中，扇出型晶圆级增速最快，市场规 模有望从 2020 年 12.37 亿美元成长至 2025 年 30.46 亿美元，对应 2020-2025 年 CAGR 为 19.7%，高于整体平均增速。

扇入型封装 OSAT 仍是市场主要玩家，扇出型封装 Foundry 有望成为市场主流。从 市场玩家来看，目前扇入型封装由封测厂(OSAT)把持，未来料也将延续这个趋势；而扇出 型封装因为 I/O 数量更多且能随依照客户 I/O 需求定制化，高弹性使得应用场景较广，所 以竞争者较多，包含封测厂(OSAT)、晶圆代工厂(Foundry)、IDM 公司都相继投入其中， Yole 认为传统 OSAT 厂在扇出型封装将会受到较大冲击，预计到 2024 年，晶圆代工厂商 将会占据 71%的市场，而 OSAT 的市场份额将会降至 19%。

扇入型晶圆级封装制程节点多用在高于 55nm 的晶圆，五大封测厂实力相近。扇入型 晶圆级封装因为体积受限，几乎都用在体积小且制程节点高于 55nm 的产品，比如 TWS 蓝牙耳机等。扇入型晶圆级封装主要结构为重布层(RDL)、金属球(多为锡球)，因此各公司 技术节点往往从 RDL(重布层)的最小线宽(l/w)、金属球直径以及金属球间距三个数据做为 评判指标。从产业的技术实力来看，扇入型晶圆级封装目前以头部 OSAT 为引领，前五大 公司重布层最小线宽都能达到 10/10um 含以下，国内厂商长电科技和通富微电与国际厂商 的技术实力为国际一线，华天科技为国内前列。

扇出型晶圆级封装使用变化多，台积电、三星领先业界。扇出型晶圆级封装因为使用 较为弹性，应用广泛，相较于扇入型晶圆级封装，可以应用在制程节点较先进的芯片，因 为此类芯片通常需要大量 I/O 连接才能达到使用效能，所以成为解决方案；此外扇出封装 可以实现 2D-3D 的封装方式，因为使用方面多样化，吸引 Foundry 和 IDM 厂商进入。扇 出型晶圆级封装的技术节点可以从 RDL（重布层）最小线宽（l/w）判断，晶圆级封装因 为涉及前道封装延续，目前台积电、三星的扇出型封技术最为先进。

2.5D/3D：2025 年市场规模有望达 118 亿美元，晶圆代工厂优势明显，台 积电/英特尔引领市场

2.5D/3D 封装属于高密度先进封装（HDAP）与系统级封装（SiP）结合的子集，大 量运用在集成度高的高端产品。2.5D 封装及 3D 封装为 SiP 概念的子集，专注于多芯片的 堆叠和并列技术，从应用方面来看，多应用在集成度较高的产品，包括传感器产品 (MEMS/CIS/Sensor)、高性能计算产品(CPU/GPU/HPC)、网通设备等，从制造端看， 2.5D/3D 封装可以由有中介层(interposer)的一般封装、以及无中介层的扇出型晶圆级实现。

预计 2.5D/3D 封装 2025 年全球营收规模 118.2 亿美元，对应 CAGR（2021-2025） 达 15.7%，芯片互连方式为立体封装关键。2.近年来 5D/3D 封装规模成长迅速。Yole 预 测，2.5D/3D 封装出货量从 2021 的 30.8 亿件增长至 2025 年的 50.3 亿件，对应 CAGR 达 13.1%；全球营收规模将从 2021 年的 66.1 亿美元增加至 2025 年的 118.2 亿美元，对 应 CAGR 高达 15.7%，发展潜力惊人。2.5D/3D 封装专注于立体封装技术，因此芯片的互 连成为其关键问题，各大厂商均是在解决立体结构的两个对象如何完成物理连接，才能够 制造出体积小、集成度高、速度快、功耗小的封装产品。

使用中介层、中介层嵌入在基板内、使用微凸块（μbump）的直接垂直堆叠、扇出 型晶圆级封装为 2.5D/3D 封装四大主要连接方式。在 2.5D/3D 封装中，分为晶圆级和基板 型，基板型又可划分成三种方法。第一种方法为使用中介层，常见的有 TSV 中介层，将硅 中介层置于所有互连的裸晶 die 下面，再通过基板封装铺设走线，这种方法为三种方法中 最方便的；第二种方法为将中介层嵌入在基板中，仅用于一个特定的 die 连接到另一个 die， 这种方法使用局部硅互连和重布层整合，执行效率比第一种中介层方法更为迅速，而且中 介层嵌入后体积能缩小；第三个是 die 对 die 使用微凸块和 TSV 直接垂直堆叠，不需要中 介层当媒介，也就 3D 堆叠技术，为三者中技术要求最高的一种，同时传输数度也最快。 而晶圆级则是用扇出型封装实现，不需要基板(Substrate)做连接，而是用 RDL(重布层)直 接做互连媒介。

1. 台积电

台积电 3D Fabric 平台强力进击三维封装，前段封装占据绝对优势。台积电在 2020 年 8 月将旗下 3DIC 技术平台并命名为 3D Fabric，包括 SoIC、InFO、CoWoS 三大封 装技术，台积电跨足前道封装(SoIC)和后道封装(CoWoS, InFO)，前道封装是在晶圆上， 将同质或异构小芯片都整合到一个类似 SoC 的芯片中，让芯片有更小的面积和更薄的外 形，芯片就像普通的 SoC 一样，但嵌入了所需的异质整合功能，例如制作 3D TSV 连接 通道，这种技术在设计阶段就要考虑并协同设计，由于本质是在做一颗 SoC 芯片，因此 只有晶圆厂可以做，尤其是需要先进制程产品，台积电具绝对优势。后道封装为将前道封 装完成的芯片搭配立体封装技术，像是台积电的 CoWoS 和 InFO，而后道封装技术也是 其他封测厂商积极跨入的领域，晶圆代工厂不会独占，成为行业竞争最激烈的一块领域。

1) CoWoS®：2011 年推出 2012 年量产，全称 Chip on Wafer on Substrate，有 CoWoS-S、 CoWoS-R、CoWoS-L 三种，S 为最常见的硅中介层、R 为 RDL(重布层)、L 为 LSI(嵌入 式)。CoWoS-S 为最早开发的系列，芯片通过 Chip on Wafer(CoW)的封装制程连接至硅 晶圆，再把 CoW 芯片与基板(Substrate)连接，整合成 CoWoS。CoWoS-R 为扇出型晶圆 级封装，使用重布层连接。CoWoS-L 也是扇出型晶圆级，为 CoWoS-S 和 InFO 技术的结 合，使用局部硅互连嵌入在重布层进行整合。CoWoS®系列为台积电历史最悠久的技术， 适用高速运算产品。

2) InFO：2016 年推出，全称为 Integrated Fan-Out，包括 InFO_oS、InFO_PoP 等。InFO-oS 为扇出型晶圆级封装，与 CoWoS-L 相似，使用局部硅互连将多个 InFO die 连接在一起，并且嵌入在重布层内，InFO 系列封装适用小芯片的消费性产品封装。 InFO_PoP 为全球第一个 3D 扇出晶圆级封装，上方通常为 DRAM 互连至基板，再通过凸 块与下方扇出型晶圆级封装的处理器进行连接，形成立体结构，适用移动装置。

3) SoIC™：2019 年推出，2021 年量产，全称为 System of Integrated chips，包含 CoW(Chip on Wafer)/WoW(Wafer on Wafer)两种方案，为目前全球最领先的 3D IC 内部 堆叠互连技术之一，CoW 为单芯片去做互连，WoW 直接用整块晶圆去做互连，SoIC™主 要实现多个 die 堆叠的 3D 构造块，在垂直堆叠的芯片之间的每平方毫米空间能够实现约 10,000 个互连，此外超越了过去的中介层或芯片堆叠的实现方式，允许在不使用任何微凸 点的情况下堆叠硅芯片，直接将硅的金属层对准并键合到硅芯片上（类似 Intel 的 Hybrid Bonding），能对 10 纳米以下的制程进行晶圆级的接合技术，适合高频宽、高效率的逻辑 与存储的堆叠，且不但能用于主动器件之间的堆叠，还能实现主动器件到被动器件的堆叠。 相较于传统 3D IC，SoIC 的 Bump/bond 密度增加 16 倍，Bump/bond 间距缩小 0.23 倍， 为目前最先进的堆叠互连技术之一。

2. 英特尔

英特尔 2.5D/3D 应用时间晚于台积电，产品定位以封装自家产品为主。英特尔也在积 极布局 2.5D/3D 封装领域，其封装产品量产时间晚于台积电，其 2.5D EMIB 技术可以对 标台积电的 CoWoS 技术，3D Foveros 技术可以对标台积电的 InFO 技术，根据英特尔目 前的计划，其封装技术将用在自家系列的产品上，因此预计对于市场造成的冲击影响较小。

1) EMIB：2017 年发布，全称为 Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，属于 2.5D 技术（横向），使用嵌入在封装基板内、用来连接裸晶的硅桥(Silicon Bridge) ，与 台积电 CoWoS-L 有异曲同工之妙，但台积电使用的是扇出型晶圆级制程 RDL(重布 层)，而英特尔使用的是基板，EMIB 的好处是提供高带宽、低功耗的连接，坏处是 不利裸晶多且互连要求高的产品，于 2019 年已经开始量产，目前已出货超过 200 万个以 EMIB 封装的芯片。

2) Foveros：2018 年推出，对标台积电的 InFO，属于 3D 技术（纵向），最下边是封 装基底，基底之上安放一个底层芯片(Bottom Chip)，起到主动中介层(Active Interposer)的作用，底层芯片之上就可以放置各种不同的芯片或模块，两者用面对 面的方式连接(Face-to-Face bonding)，而在底层芯片里有 TSV 3D 硅穿孔，负责连 通上下的焊料凸起(Solder Bump) ，让上层芯片和模块与系统其他部分连通，最后 再将底层芯片与基板连接，完成内部封装。

3) ODI：2019 年推出，全称为 Omni-Directional Interconnect 技术，为封装中小芯片 之间的全方位互连，存在于基板与芯片之间，可以通过远大于传统封装技术的密度 来进行埋线和布置连接针脚，从而在保证芯片在供电时实现更高的互联带宽，藉由 ODI，顶部的芯片可以像 EMIB 一样，与其他小芯片进行水平通信，还可以像 Foveros 一样，通过 TSV 与下方的底部裸片进行垂直通信，ODI 有发展出两种类 型。ODI 直接从封装基板向顶部裸片供电，比传统硅通孔更大、电阻更低。

3. 三星

三星 2.5D/3D 技术发布时间晚于台积电和英特尔，应用产品仍较少。三星 2019 年成 立 SAFE 专注于先进封装技术开发，目前旗下有 2.5D 的 I-cube 对标台积电 CoWoS 和英 特尔 EMIB、3D X-cube 对标台积电 InFO 和英特尔 Foveros。自 2016 年被台积电抢走苹 果处理器订单后，三星开始在先进封装领域大力布局，目前对应的产品推出时间都晚于台 积电和英特尔，处于落后状态，应用产品仍少。但在 3D IC 方面，三星具有优势，因为三 星同时拥有存储器 DRAM 和处理器的制造技术，而台积电并没有先进 DRAM 技术，因此在 3D 异质整合上三星或具优势。

1) I-Cube：2018 年推出，全称为 Interposer-Cube，属于 2.5D 封装技术，对标台积 电 CoWoS 和英特尔 EMIB，有需要基板的硅中介层、及使用扇出型晶圆级做重布 线层两种方案，分别可以对应 CoWoS-S 和 CoWoS-R，目前量产较少，百度 AI 昆 仑芯片即是采用 I-Cube 封装代表产品。

2) X-Cube：2020 年推出，全称为 eXtended-Cube，属于 3D 封装技术，对标台积电 InFO 和英特尔 Foveros，应用 TSV 硅穿孔实现堆叠，目前能够做到将 SRAM 层堆 叠在逻辑层之上，制程为 EUV 工艺，X-Cube 已经在自家的 7nm 和 5nm 制程上面 通过了验证。

4. 日月光

日月光 2.5D 封装技术先驱，3D IC 封装持续开发测试阶段。日月光为全球最大封测 厂，技术最领先及产品面最广，为 2.5D/3D 封装技术先驱之一，研发时间超过十多年，推 出了世界上第一个配备高带宽存储器（HBM）的 2.5D IC 封装的批量生产。目前公司 2.5D 封装实现方式为 TSV 中介层连接以及用扇出型晶圆级封装的重布线连接，2.5D 技术基本 上与台积电 CoWoS、英特尔 EMIB、三星 I-Cube 为同一层级技术实现。3D 封装主要透过 扇出型封装堆叠完成，对标台积电 InFO-PoP。日月光 2015 年就开始量产 2.5D 封装，超 威、辉达等均为第一批客户，目前正在积极开发 3D IC 堆叠技术，日月光为 OSAT 中技术 最顶尖的厂商之一。

5. 长电科技

长电与日月光实力相近，封装可区分三大类。长电科技的 2.5D/3D 封装可以依结构分 为三大类，封装等级、晶圆级等级、硅互连等级。封装等级为需要基板和引线框架的封装， 系列包含堆叠芯片封装 Stacked Die(SD)、层叠封装 PoP、封装内封装 PiP；晶圆级等级 为晶圆级封装，运用 RDL 重布线进行互连；但硅互连尚未实现。长电持续朝向类似台积 电 SoIC 的 3D IC 发展，不需中介层也不需载版。长电科技的所提供的技术与日月光相近。

OSAT 在 2.5D/3D 封装优势不大，但仍具发展空间。从上面的技术实现来看，2.5D/3D 封装晶圆制造厂领先，封测厂优势不大，前段涉及晶圆制造部分封测厂无法完成，中后段 面临晶圆代工厂与 IDM 的压力。但台积电、英特尔、三星目前的发展定位均聚焦于自身客 户的产品封装，因此封测厂在规模日益增加的 2.5D/3D 封装市场仍是有巨大发展空间，国 内厂商目前 2.5D/3D 封装仍有待精进，最具代表性厂商的为长电科技。

国内先进封装：长电科技为首，逐步走向市场前沿

市场规模：2020 年规模超 900 亿元，国产替代加速

全球前十大芯片买家中，国内厂商占五席，未来将带动先进封装产能向国内转移。根 据集微咨询统计，2020 年中国先进封装营收规模 903 亿元，占整体封装营收比重 36%。 根据 Yole 统计，2020 年全球先进封装市场规模 304 亿美元，占整体封装比重 45%，我国 与全球水平仍存在一定差距。根据 Gartner，2021 年全球芯片十大买家里，中国企业占 5 家，包括联想、步步高、小米、华为、鸿海，合计占全球总购买量的 15.4%，金额高达 901 亿美元。我们认为，国内终端厂商芯片需求量大，未来仍有望持续增长；在国内芯片设计、 产能、制造工艺逐渐成熟的趋势下，先进封装有望紧跟国产替代浪潮，市场潜力巨大。

重点公司：聚焦四大封测厂商，龙头长电科技技术领先

对标行业龙头，国内四大封测厂后发优势显著。近年来，国内封测企业通过外延式扩 张获得了良好的产业竞争力，大陆封装企业依托下游市场的带动，在营收增速方面显着优 于海内外同类企业。从毛利率水平看，由于封测行业技术水平演进不显著影响毛利率，因 此封测行业龙头企业的毛利率稳定在 16%左右，与毛利水平分化明显的晶圆代工业相比， 技术不是绝对壁垒，后发企业同样有机会分享蛋糕。长电科技、通富微电、华天科技前三 家国内头部封测厂毛利率水平都比较稳定。长电科技随着客户关系的稳定、经营的持续优 化，毛利率水平逐步回升，2020/2021/22Q1 分别为 15.5%、18.4%、18.9%，目前毛利率 已提升至国内三大封测厂首位。晶方科技作为国内细分领域封测厂商代表，虽然营收体量 低于三大封测厂，但增速较快，得益于在 CMOS 影像传感器晶圆级封装的优势，毛利率 水平约 50%，远高于行业平均水准。

1. 长电科技

先进技术覆盖广，与中芯国际关系紧密，为国内先进封装领先厂商。国内第一大和全 球第三大的封测厂，2021 年公司先进封装产品销量占比 44%，营收占比超 60%，公司预 计营收占比将持续提升。公司先进封装技术包括 FC、TSV、SiP、2.5D/3D、晶圆级等产 品，为国内先进封装最突出的厂商，产品聚焦 5G 通信类、高性能计算、消费类、物联网、 汽车电子和工业等重要领域。长电科技在 SiP 方面大力布局，旗下多个厂均有相关业务， 2.5D/3D 封装亦为世界一流的水准，产品覆盖与日月光旗鼓相当。2022 年公司推动技术开 发 5 年规划，面向 5G/6G 射频高密度，超大规模高密度 QFN 封装，2.5D/3D chiplet,高 密度多叠加存储技术等先进技术开展前瞻性研发，公司计划 2022 年 Capex 为 60 亿元， 其中 70%投资先进封装，并重点聚焦 5G、汽车电子、大数据存储等热门封装领域。此外， 长电科技与中芯国际合作紧密，中芯国际为长电科技股东之一，在需要前道工艺辅助的 2.5D/3D 封装技术，双方有望在半导体产品的制造和封测环节协同合作，增强长电科技较 其他 OSAT 厂的差异化竞争优势，进而提升其市场地位，我们持续看好长电科技在国内先 进封测的领先优势。

2. 通富微电

通富微电以 CPU、GPU 高端封测为主，倒装封装为主要应用技术。通富微电是国内 第二大和全球第五大的封测厂，公司的六大生产基地有四个面向先进封装，目前先进封装 营收占比已超 70%。通富微电的封装主要应用于 CPU/GPU，2015 年并购 AMD 苏州和滨城封测厂获得高脚数 FC(倒装)技术，包括 FCBGA、FCPGA、FCLGA、MCM，目前 公司已具备 Chiplet 封装的大规模生产能力，并能够支持 7/14/16 纳米节点，正向 5nm 进 阶，已实现 5nm 产品的工艺能力和认证。此外 SiP 方面公司也有布局，2018 年，SiP NB-IoT 制造的产品成功招标进入中国电信等运营商模组解决方案，公司 2.5D 封装以扇出晶圆级 封装及倒装芯片为主，国产化 CPU 已具备初段自主可控能力，通富微电 CPU/GPU 专用 封测能力行业领先，有望优先受益。

3. 华天科技

华天科技以传统封装为基，CIS 封装为突破口，进击先进封装。华天科技为国内第三 大，全球第六大的封测厂，公司技术包括 DIP、SOT、QFP、QFN、BGA/LGA、FC、SiP、 Fan-Out 等低到高端系列。公司目前由传统封装贡献大半营收，同时积极向先进封装拓展。 产线布局来看，旗下华天西安厂区以 SiP 封装为主轴，华天昆山及华天南京聚焦其他先进 封装，包括 2.5D/3D 封装、晶圆级封装等。产能来看，华天科技 2021 年晶圆级电路封装 产量 143.51 万片，发展空间仍大。公司于 2021 年 1 月非公开发行募集资金，计划投入 50 亿元进行产能扩充及研发测试，大部分的资金将布局先进封装，其中 11.5 亿元用于高 密度 SiP 产能扩产，达产后年产量 15 亿只，另有 9.8 亿元加码 TSV/FC 技术产业化，规 划年产能为晶圆级封测产品 33.60 万片、FC 产品 4.8 亿只。公司以 2.5D TSV 技术封装的 CIS 为突破口进军先进封装，以定增募投项目加速产能提升，未来有望持续完善技术及产 品布局。

4. 晶方科技

晶方科技聚焦传感器封装，营收近九成是晶圆级，差异化竞争策略下净利率领先行业。 晶方科技主营业务为传感器领域的封装测试业务，相较前三家产商定位具有差异化，产品 主要包括影像传感器芯片、生物身份识别芯片、微机电系统芯片（MEMS）、环境光感应 芯片、射频芯片等。公司先进封装技术围绕 TSV 技术开展实现 WLCSP 封装，相关技术 包括适用于指纹的 ETIM™ (Edge Trench Interconnect Module) ，用于用动传感的 HCSP™ 密封芯片尺寸封装技术，公司专注于传感器领域持续提升竞争力，在细分领域市 场地位突出。2013 年建成全球首条 12 寸晶圆级封装产线，公司 2020 年募资投入 12 寸 TSV 及异质集成智能传感器模块项目，持续扩产高端封测产能。公司晶圆级产品营收占比 88%，领先行业，同时差异化竞争之下，公司 2019-2021 年毛利率分别为 39.0%、49.2%、 52.3%，远超行业不足 20%的水平。我们预计随高端封测新产能逐步释放，公司营收及盈 利水平有望再升。

5. 环旭电子

环旭电子为 SiP 微小化业务与传统 ODM/EMS 并进的电子零部件龙头，积累 SiP 从 封测到系统端的组装整体解决方案能力。我们测算其 2021 年 SiP 业务营收占比超 60%。 公司是全球最大半导体封测公司日月光半导体的控股孙公司，目前已成长为全球电子设计 制造领导厂商，在 SiP 模块领域居行业领先地位，公司早在 2013 年就开始致力于可穿戴 产品相关 SiP 模组的微小化、高度集成化开发，近年来借助日月光的制程能力积累 SiP 从 设计到制造的组装整体解决方案的经验。公司深度绑定 A 客户，已导入其智能手表、智能 手机、TWS 耳机、AirTags 等产品，短期看 A 客户智能手机出货量成长性以及 5G 毫米波 机型出货量占比提升，以及智能手表/TWS 耳机下游持续放量高速增长；同时，公司积极 拓展非 A 端客户，夯实中长期发展根基，目前 SiP 模组产品已应用于安卓端智能手机、手 环、手表等产品，出货量持续成长。公司未来有望主导非 A 端 SiP 设计及制程，赋予公司 更高的产业链地位与盈利水平。

长电科技国内领先，有望以龙头之姿引领国内先进封装行业。国内四大封测厂目前的 先进技术涵盖 FC、SiP、晶圆级封装、2.5D/3D，其中晶圆级封装、2.5D/3D 的技术与国 际一线厂商相比仍然不足，长电科技为国内先进技术涵盖范围最广的厂商，同时也具国际 一线实力；通富微电主打 CPU/GPU 的先进封装；华天科技晶圆级产品以晶圆级 CIS 为主 并涵括射频 SiP；晶方科技以晶圆级 2.5D/3D 传感器为发展主轴。整体而言，中国的先进 封装仍在快速发展期，长电科技领先，通富微电、华天科技及晶方科技次之。在国产替代 加速阶段，封测厂先进封装发展潜力巨大，行业龙头有望引领国内先进封装行业。

设备供应链：与晶圆制造有所重叠，设备有望部分实现国产替代

先进封装设备类似前道晶圆制造设备，供应商受益先进封测产业增长。随着先进封装 的发展，Bumping(凸块)、Flip(倒装) 、TSV 和 RDL(重布线)等新的连接形式所需要用到 的设备也越先进。以长球凸点为例，主要的工艺流程为预清洗、UBM、淀积、光刻、焊料 电镀、去胶、刻蚀、清洗、检测等，因此所需要的设备包括清洗机、PVD 设备、光刻机、 刻蚀机、电镀设备、清洗机等，材料需要包括光刻胶、显影剂、刻蚀液、清洗液等。先进 封装的设备材料与前端制造开始有所重叠，而不再只是传统封装所需要的减薄机、划片机、 贴片机、引线键合机、激光打标机，设备材料变得更为先进，刺激设备厂商应先进封装需 求而增长。

国产设备有望部分实现国产替代。国内先进封装市场的机器设备可以做到部分的国产 替代，设备包括刻蚀机、光刻机、PVD/CVD、涂胶显影设备、固晶焊线设备、清洗设备、 测试机等，国内厂商已经打进国内先进封装厂产线。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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