系列文章两点说明:
- 只看逻辑、不谈估值。本系列文章主要从各大券商研报中取其精华,一起了解题材的主要逻辑。
- 随机选择研报,主题不确定。如果大家有感兴趣的行业或题材,请留言。
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一、后摩尔时代渐进,先进封装快速发展
封装的核心是实现芯片和系统的电连接,主要功能包括保护芯片、增强热稳定性、提供机械支撑、确保电气连接等。封装工艺可分为0级到3级封装等四个不同等级,一般主要涉及晶圆切割和芯片级封装:0级封装为晶圆(Wafer)切割;1级封装为芯片(Die)级封装;2级封装负责将芯片安装到模块或电路卡上;3级封装将附带芯片和模块的电路卡安装到系统板上。
随着先进制程工艺逐渐逼近物理极限,越来越多厂商的研发方向由“如何把芯片变得更小”转变为“如何把芯片封得更小”,先进封装快速发展。先进与传统封装最大区别在于芯片与外部电连接方式,先进封装省略引线,采取传输速度更快的凸块、中间层等,主要包括凸块(Bump)、倒装(Flip Chip)、晶圆级封装(Wafer level package)、再分布层技术(RDL)和硅通孔(TSV)技术等。
二、我国封测产业链较为成熟,但封装设备国产化率较低
2022年全球委外封测(OSAT)厂商前十大合计占比约78%,基本被中国台湾和中国大陆厂商包揽:中国台湾日月光、安靠等合计占比约41%,中国大陆长电科技、通富微电占等合计占比约25%。
但国内缺乏知名封装设备商,封装设备国产化率不超过5%,主要系产业政策向制程设备等有所倾斜,而封装设备和中高端测试设备缺乏产业政策培育和来自封测客户的验证机会,我们认为未来自主可控背景叠加国产设备商突破,封装设备的国产化率有望进一步提升。
三、传统&先进封装所需设备有一定重合但工艺要求有所变化,设备增量主要在于前道图形化设备
传统封装与先进封装所需设备有一定重合,减薄机、划片机、固晶机、键合机、塑封机等均为标配,当然先进封装对前述设备均提出更高要求,例如研磨更薄的晶圆、键合不再是引线框架、塑封机转向压塑等。
1、传统后道设备
- 减薄机:可分为转台式磨削和硅片旋转磨削两种方式,晶圆减薄加工优劣主要取决于设备及工艺,也与磨轮金刚砂的基本材料、金刚砂粒度的大小有关系。先进的多层封装芯片厚度都在100μm以下甚至30μm以下,增大减薄难度。全球减薄设备主要由日本企业主导, CR3高达85%。
- 划片机:目前以砂轮划片机为主导,激光划片机补充。激光切在超薄硅晶圆、低k介质晶圆、小尺寸及MEMS芯片方面凸显出重要优势。随着芯片特征尺寸的不断缩小和芯片集成度的不断提高,特别是在超薄硅晶圆、低k介质晶圆领域,砂轮划片容易带来崩裂、膜层脱落等问题,激光切有望成为下一代主流。DISCO、东京精密、以色列ADT(已被光力科技收购)等三家龙头的市占率合计约95%。
- 固晶机:主要由点胶系统、物料传输系统、固晶系统、视觉系统组成,对设备的效率和精度要求提高,关键在于视觉对位系统、运动控制等。固晶机市场基本被国外公司所垄断,2021年ASM和Besi占据全球前两位,CR2在60%左右。
- 键合机:过去传统多为引线键合,但晶圆级封装技术快速发展,如临时键合&解键合是处理超薄晶圆背面制程工艺的关键支撑,混合键合仅通过铜触点实现短距离电气互连。海外K&S(库力索法)、ASM为半导体键合机龙头,2021年CR2约80%。
- 塑封机:转注封装多用于传统封装,先进封装背景下压塑封装为未来趋势。TOWA、YAMADA等海外企业占据着绝大部分的市场份额,CR4约90%。
- 电镀机:传统封装中电镀机主要在封装体的特定部位上沉积金属层,随着先进封装发展,例如凸块、RDL、TSV等均需要电镀金属铜进行沉积。全球电镀设备市场龙头主要为美系LAM和AMAT,二者合计占比约96%。
2、新增前道图形化设备
先进封装与传统封装工艺流程最大的区别在于增加了前道图形化的工序,主要包括PVD或CVD等薄膜沉积设备、涂胶显影设备、光刻机、刻蚀机、电镀机等,如TSV需要硅刻蚀钻孔、需要PVD来制作种子铜层,凸块也需要涂胶显影、光刻、刻蚀来制作更精细的间距。
四、海外龙头经验借鉴
1、DISCO :全球领先的切磨抛设备+耗材龙头
公司从事半导体制造设备和精密加工工具的制造和销售,一共有三个业务部门,产品矩阵包括划片机、研磨机、抛光机、精密加工工具等。
公司以中国为主要市场,占比55%。2022财年公司在中国的销售额达到69.66亿元,在中国的销售额占其全球销售额的55%;除中国外,公司的第二大销售额地区为其母国日本,第三大销售额地区为韩国,公司在美国和欧洲的销售额相对较少。
2、BESI:全球领先的半导体固晶机供应商
Besi的产品包括固晶机、塑封材料和电镀设备等,2022年固晶机设备收入占比79%,塑封和电镀设备占比21%。Besi的产品结构中,与封装相关的设备主要集中在固晶机、塑封机和电镀设备。其2022年公司混合键合设备产品营收占比为15%,对应精度达到了3微米以下,主要应用于HPC和存储。
3、K&S:全球领先的引线键合机龙头
K&S主要提供的产品可以分为设备和耗材两大类。其中,设备主要包括球焊机、贴片机、电子装配机、光刻机、楔焊机等,耗材主要包括焊针、切割刀、楔焊耗材等。
K&S的产品覆盖了从传统封装到最先进封装技术的全方位需求,其不断创新的技术和广泛的产品线使其在全球半导体封装和电子组装行业中保持领先地位。同时,K&S不仅提供设备,还提供与之相关的软件解决方案、技术支持和服务,帮助客户优化生产流程,提高生产效率和产品质量。
4、EVG:全球晶圆键合设备龙头
奥地利的EV Group(EVG) 是为半导体、微机电系统 (MEMS)、化合物半导体、功率器件和纳米器件制造提供大批量生产设备和工艺解决方案的领先供应商。同时,EVG 也是先进封装和纳米技术晶圆级键合及光刻技术领域公认的市场和技术引领者,供应的主要产品包括晶圆键合、薄晶圆加工和光刻/光刻纳米压印(NIL) 设备、光刻胶涂布机以及清洁和检测/计量系统。
5、SUSS:全球晶圆键合设备龙头
德国SUSS是一家在微结构领域应用设备和工艺解决方案领先的供应商,产品组合涵盖后道光刻、晶圆键合和光掩模处理的全面产品和解决方案。
五、相关企业
重点推荐晶盛机电(减薄机)、拓荆科技(键合机)、盛美上海(电镀机)、迈为股份(切磨抛+键合机)、华海清科(研磨机)、奥特维(键合机)、大族激光(切片机)、芯源微(键合机)、德龙激光(切片机);建议关注新益昌(固晶机)、光力科技(切片机)、快克智能(固晶机)、文一科技(塑封机)、耐科装备(塑封机)等。
研报来源:东吴证券《半导体封装设备行业深度:后摩尔时代封装技术快速发展 封装设备迎国产化机遇》,分析师:周尔双,李文意,2024年4月
原报告下载地址:《半导体封装设备行业深度:后摩尔时代封装技术快速发展 封装设备迎国产化机遇》
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