在整个半导体产业链上,芯片封装与测试环节相对技术壁垒较低,对人力成本要求较高,国内半导体厂商在这个环节最易实现突破,从而国内半导体封测环节在整个半导体产业链上发展速度最快。
半导体封装技术演进上,Bumping、WLCSP和TSV是当前主流先进封装技术市场前景广阔,同时这三项技术的融合也是未来向3DSiP封装发展趋势的技术基础。现在,国内已上市的封测公司如长电科技、华天科技、晶方科技等都掌握了这些先进技术,在未来的发展中具有竞争优势。
1、封测环节技术壁垒相对较低,适合国内企业快速追赶
半导体产业作为现代新技术发展的基础,一直处于高科技领域发展的前沿,整条半导体产业链对技术研发都有非常高的要求,需要高额的研发费用来不断进行技术创新从而维持在行业内的竞争力。
从半导体整条产业链来看,上游IP供应和IC设计两个环节技术壁垒最高,半导体设备和晶圆制造环节技术壁垒次之,封测行业在产业链上相对最低。IP供应龙头ARM和FablessIC设计龙头高通每年研发费用占收入比重分别高达30%和20%;半导体设备龙头ASML和Foundry龙头台积电每年研发费用率则分别为11%和8%。而封测龙头日月光每年的研发费用占收入比例仅为4%左右。
综合来看,在整个半导体产业链上,封测环节技术壁垒最低,中国厂商最易切入并追赶行业龙头企业;人力成本要求高,中国厂商相对于欧美厂商具有巨大的竞争优势;资本壁垒较高,这一点正好符合政府成立产业发展基金,通过直接的资金支持能够快速推动我国半导体封测产业高速发展。
2、国内封测行业占据主导,内资厂商市场空间巨大
由于封测行业技术壁垒相对较低,对人力成本要求更高,因此这个环节最有利于中国公司切入半导体产业链。
在过去十年时间里,我国集成电路产业中封装环节一直占据主导地位,占比始终保持在40%以上的高水平,远高于全球16%的占比。2013年,全国集成电路封测行业的市场规模为1099亿元,较2012年的1036亿元增长6.1%。
不过,目前国内半导体封测企业数量众多,行业集中度并不高。并且大的封装测试企业仍然以外资半导体厂商为主,在前十中有8家为外资公司,仅英特尔一家市占率就接近20%。内资厂商就只有江苏新潮科技(长电科技母公司)和南通华达微电子两家。
从这一点就可以看出,现在在封测环节国内厂商与海外厂商仍然有较大差距。这也从另外一面表明国内封测厂商市场空间仍然巨大。
3、先进封装技术引领发展趋势,投资机会就在当下
半导体封测技术在过去几十年时间里一直紧随半导体设计和制造技术的发展不断演进,其技术的进步主要体现在两个维度:一是IC的I/O引脚数不断增多,二是IC的内核面积与封装面积之比越来越高。
最初的DIP(双列直插式封装)芯片封装技术I/O引脚数量很少,一般不超过100个,Intel早期的CPU4004、8008、8086、8088等都采用了DIP封装。而到了BGA(球形触点陈列)封装技术不仅大大增加了芯片的I/O引脚数,可以达到1000个,而且还提高了引脚之间的间距,能够提高最终产品生产的良率,Intel集成度很高的CPU Pentium、Pentium Pro、PentiumⅡ都选择的这一技术。
当芯片制程来到40nm及以下时,传统的Wire Bonding和Flip Chip技术难以实现芯片与外部的连接。而CopperBumping技术则能将原来100-200um的Pitch降低到50-100um的Pitch,从而成为了先进制程的唯一选择,从而成为了全球封测大厂必争之地。
据中为咨询网预计,2017年全球Copper Bumping市场规模将达到2300万片/年(12英寸晶圆折算,后同),对应2012年不到500万片/年的市场规模年复合增长率高达38%。这主要受益于Bumping技术本身市场规模年复合20%以上的快速增长,以及Copper Bumping技术对其他材料Bumping技术的逐渐替代,Copper Bumping占比将从2012年的37%提升到2017年的69%。按12英寸Copper Bumping芯片250美元价格估计,届时市场规模将达近60亿美元。
在Copper Bumping领域全球IDM大厂Intel技术最为领先,产能近300万片/年,占全球一半以上;专业代工封测大厂中Amkor技术优势明显,基本能够做到直径40~50um水平,产能近90万片/年;日月光在这一领域快速追赶,近两年产能快速上量。国内封测厂商中长电先进领跑,年产能约为48万片/年,华天西钛紧随其后,预计今年年底产能达6万片/年。
另外,随着芯片体积的不断缩小,对IC封装的内核面积与封装面积之比也提出了越来越高的要求。最初的DIP封装后产品大约是裸芯片面积的100倍。而后来提出了CSP封装标准,即产品面积不大于裸芯片面积的1.2倍,这样能够大大提高PCB上的集成度,减小电子器件的体积和重量,一些较为先进的BGA封装技术已经能够达到这一标准。现在为了能够进一步提高内核面积与封装面积之比,IC封装技术开始由原来的平面封装向2.5D和3D封装技术演进。
3D封装技术是Moore定律延续的最优选择。随着芯片制程工艺的不断缩小,现在已经快接近理论极限值,要想依靠制程工艺的继续减小来延续摩尔定律变得越来越困难。而3D封装技术通过将更多芯片裸片立体封装进入同一块芯片内,能够快速使芯片内晶体管数量成本增加,从而使Moore定律得以延续。
在过去几年,3D封装技术快速演进,从最初比较单一的图像传感器和记忆体逐渐向具有系统性功能的逻辑电路和微处理器发展。并且新品啊之间的垂直互联最小间距也大幅缩小,由几百微米迅速缩减到数十微米。
目前,国内的半导体封测厂如长电科技、华天科技、晶方科技在这些先进封装技术上都已经完成了布局。预计在2013-14年,这些先进封装技术开始进入高速渗透期,市场规模快速提升,将给这些具备先进封装技术的半导体封测厂带来巨大投资机会,投资机会在当下。