半導體行業(yè)：先進封裝關鍵技術

??2021?年，先進封裝市場規(guī)模約?375?億美元，占整體封裝市場規(guī)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(xù)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(yōu)化連接、在同一個封裝內(nèi)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(jié)構(gòu)的封裝、晶圓級封裝（WLP）、系統(tǒng)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(tǒng)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(jù)Yole，2021年，先進封裝市場規(guī)模約?375億美元，占整體封裝市場規(guī)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(guī)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(shù)據(jù)中心、高性能計算、自動駕駛等應用的驅(qū)動，2.5D/3D封裝市場收入規(guī)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(qū)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(xiàn)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(zhì)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(xiàn)芯片的低功耗、高速通信，增加帶寬和實現(xiàn)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(xiàn)芯片堆疊）。

目前，國內(nèi)頭部封測企業(yè)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(nèi)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(huán)節(jié)對應不同設備及不同指標。TSV生產(chǎn)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(nèi)封測廠TSV?布局情況：多家頭部廠商已有布局

內(nèi)資封測廠商向TSV等先進封裝領域突破。全球半導體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷二次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，目前處于第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(chǎn)業(yè)目前主要轉(zhuǎn)移至亞洲區(qū)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(fā)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(nèi)資企業(yè)為主的競爭格局。中國大陸封測市場目前主要以傳統(tǒng)封裝業(yè)務為主，經(jīng)過多年的技術創(chuàng)新和市場積累，內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)品已由DIP、SOP、SOT、QFP等產(chǎn)品向QFN/DFN、BGA、CSP、FC、TSV、LGA、WLP等技術更先進的產(chǎn)品發(fā)展，并且在WLCSP、FC、BGA?和?TSV?等技術上取得較為明顯的突破，產(chǎn)量與規(guī)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(yè)的發(fā)展。

國內(nèi)封測企業(yè)三梯隊中，第一梯隊企業(yè)在先進封裝領域在TSV?已有布局

我國頭部封測企業(yè)，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(chǎn)品批量出貨。2.5D/3D封裝所需的晶圓內(nèi)部的加工如TSV加工，硅轉(zhuǎn)接板加工等工序?qū)儆诰A廠擅長制程，而晶圓，裸芯片(Die)之間的高密度互聯(lián)和堆疊，以及和基板，接點的互聯(lián)技術屬于芯片后道成品制造環(huán)節(jié)的優(yōu)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(nèi)封測廠則在先進封裝平臺、CIS封裝等領域?qū)?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(fā)平臺，并完成高層數(shù)再布線技術開發(fā)，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(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)，并在國內(nèi)首家完成基于TSV?技術的3DS DRAM?封裝開發(fā)。華天科技工業(yè)級12?吋?TSV-CIS?產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)。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(chǎn)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(jiān)控數(shù)碼、汽車電子等市場領域。

頭部封測企業(yè)量產(chǎn)主要封裝形式

編輯：黃飛

?