AI芯片點燃　半導體封裝產業鏈復蘇曙光初現

吳新竹

半導體的每一次技術變革都是驅動行業增長、開啟新一輪景氣周期的動力之源，在消費電子需求趨于穩定、存儲器市場回暖、人工智能與高性能計算加速發展的帶動下，2024年全球半導體市場將重回增長軌道，研究機構預計全年銷售額將增長10%以上，2024年封測市場或將迎來全面反彈。AI手機和AI PC新機型陸續發布對于全球半導體產業需求拉動明顯，封測環節對于下游需求的回暖較為敏感，2024年一季度，三大國產封測廠商凈利潤均實現同比增長。

整體來看，封測廠商能夠通過FCBGA、Chiplet等先進封裝技術滿足下游客戶在AI算力等方面的需求，可生產4nm節點的多芯片系統集成封裝產品。

算力和功耗是AI芯片的關鍵指標，隨著摩爾定律的放緩，單純依靠先進制程來提升算力性價比越來越低，先進封裝能夠提升芯片的傳輸及運算速度，并實現芯片整體性能的提升，相對輕松地實現芯片的高密度集成、體積微型化以及降低成本，由此先進封裝對于提高芯片集成度、縮短芯片距離、優化性能發揮著越來越重要的作用。

先進封裝設備國產化正在全面推進，2024年一季度，半導體設備廠商的業績延續增長。

在刻蝕、薄膜沉積設備中，中微公司、北方華創均推出了先進封裝系列產品。鍵合設備中，拓荊科技圓對晶圓鍵合產品已通過客戶驗收，并獲得了重復訂單。在CMP、減薄設備中，華海清科用于先進封裝的CMP設備已批量交付客戶大生產線，新開發的12英寸超精密減薄機核心技術指標已滿足客戶要求。

盈利復蘇

2023年全球消費電子市場疲軟，全球半導體市場處于行業下行周期，市場規模為5200億美元，同比下降9.4%。

中國半導體產業同樣受到行業周期下行和貿易環境變化等因素影響，而國內市場具備較強的發展韌性和潛力，產業規模持續擴大，2023年中國集成電路產量為3514億塊，同比增長6.9%。

2023年下半年以來，全球半導體銷售額有所增長，第四季度個人電腦等消費電子的出貨量見底，預計將在2024年實現增長。研究機構預測，2024年全球智能手機出貨量為12億部，同比增長2.8%，大模型技術將推動手機進入AI時代，預計AI手機出貨量占比將達到15%；到2027年全球人工智能總投資規模將達到4236億美元，其中中國將達到381億美元，占全球總投資的9%。

在人工智能、高性能計算、新能源汽車等新興領域的終端需求帶動下，晶圓廠將持續進行資本開支，擴充產能，存儲器系2024年半導體市場復蘇最主要的推動力，中國集成電路產量正在進入上行周期。

2024年一季度，長電科技實現扣非歸母凈利潤1.08億元，較上年同期增長91.33%，華天科技同比減虧，通富微電實現扣非歸母凈利潤9452萬元，較上年同期扭虧為盈。一季度，三大測封廠的固定資產保持高位，在建工程持續投入，華天科技與通富微電的固定資產規模在150億元以上，長電科技的固定資產規模超過180億元，華天科技與長電科技的在建工程分別同比增長48.91%和35.97%；三家公司的固定資產周轉率均較上年同期有所提高，營運能力增強。

2023年汽車電子類集成電路仍保持高速增長，達到422億美元，同比增長23.7%。全球能源結構調整的大趨勢帶動了功率半導體及大功率模塊需求的持續增長。2023年長電科技設立汽車電子芯片成品制造工廠，聚焦于大算力和存儲應用、功率器件和能源系統、AI邊緣終端應用、傳統封裝形式升級四大領域。通富微電布局多年的存儲器產線和顯示驅動產線已穩步進入量產階段，在顯示驅動、功率半導體等方面繼續成長，汽車產品項目同比增加200%。

布局先進封裝

隨著摩爾定律的放緩，通過制程升級提高晶體密度的方法性價比越來越低，先進封裝重要性愈發凸顯。先進封裝一般指將不同系統集成到同一封裝內以實現更高效系統效率的封裝技術，是對應于先進晶圓制程而衍生出來的概念，與傳統封裝主要提供電氣連接和保護半導體芯片免受元件影響的作用不同，先進封裝可以大幅提高芯片的集成度，提高芯片之間的通信速度。

以OpenAI為代表的大模型廠商不斷加速更新，算力芯片和存儲芯片需求大增，人工智能與終端消費電子產品結合愈發成熟，AI浪潮對于先進封裝的發展起到了關鍵作用。

通過芯片堆疊的方式完成高性能芯片制造成為摩爾定律趨緩下半導體工藝的重要發展方向。先進封裝主要包含倒裝、凸塊、晶圓級封裝、2.5D 封裝、3D封裝等，2.5D/3D封裝的關鍵工藝是TSV硅通孔技術。Chiplet將芯片劃分為小芯粒，對需要實現的復雜功能進行分解，然后開發出多種具有單一特定功能的裸芯片，這些來自不同功能、不同工藝節點的裸芯片可相互進行模塊化組裝，最終形成一個完整的芯片。通過Chiplet和2.5D/3D封裝技術可將芯片顆粒垂直堆疊，打破“內存墻”制約，成為AI及高性能計算需求下的主流方案。

通富微電是AMD最大的封測供應商，占其訂單總數的80%以上，2023年通富微電向第一大客戶的銷售額占年度銷售總額比例由54.15%提高至59.38%。該公司的超大尺寸2D+封裝技術、3維堆疊封裝技術、大尺寸多芯片chip last封裝技術已驗證通過；持續開展以超大尺寸FO及2.5D 技術為代表的新技術、新產品研發，持續推進5nm、4nm、3nm新品研發。

長電科技2023年汽車業務實現營收同比增長68%，并向長電汽車電子增資建設生產車規芯片成品的先進封裝基地。該公司2023年完成新一代毫米波AiP方案及WiFi和5G 射頻模組的開發并投入生產。在2.5D高性能先進封裝領域，該公司覆蓋了當前市場上的主流2.5D Chiplet方案，并已在集團旗下不同的子公司實現生產。該公司推出的 XDFOI? Chiplet 高密度多維異構集成系列工藝已按計劃進入穩定量產階段。全資子公司長電先進XDFOI? 2.5D試驗線已建設完成，并進入穩定量產階段。

據預測，全球先進封裝市場規模將由2022年的443億美元增長到2028年的786億美元，增速遠高于傳統封裝。近年來，國內廠商先進封裝技術快速發展，不斷提高在全球的市場份額，中國大陸先進封裝產值占全球的比例由2016年的10.9%增長至2022年的16.8%，預計未來占比還將持續提升。

設備需求旺盛

全球半導體晶圓月產能2024年預計將增長6.4%，首次突破每月3000萬片大關。預計2024年中國大陸芯片制造廠新運營18個項目，產能同比增加13%，達到每月860萬片晶圓，將持續提升其在全球半導體產能中的份額。

相應地，全球300mm晶圓廠設備投資預計將在2025年增長20%至1165億美元，并將在未來幾年內呈現大幅增長趨勢，中國大陸未來4年將保持每年300億美元以上的投資規模；2025年全球半導體制造設備的銷售額增長至1240億美元。

封裝設備主要包括固晶機、引線鍵合機、電鍍設備、塑封機、檢測設備、劃片機、減薄機等后道設備，封裝材料主要包括封裝基板、引線框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷封裝材料、芯片粘結材料等。截至2022年，全球封裝設備市場規模為58億美元，其中固晶機與引線鍵合機分別占比24%，排名第三的封裝機占比為 15%。

半導體產品制造要超前電子系統開發新一代工藝，而半導體設備要超前半導體產品制造開發新一代產品。晶圓廠的資本開支帶動半導體設備的市場需求，反過來國內半導體設備企業不斷提高技術研發能力，推動產品的迭代升級及新產品研發。

盛美上海研發出SAPS/TEBO兆聲波清洗技術和單片槽式組合清洗技術。目前，該公司的半導體清洗設備主要應用于12英寸的晶圓制造領域的清洗工藝，能夠覆蓋的清洗步驟已達到90-95%左右。

拓荊科技的晶圓對晶圓鍵合產品、芯片對晶圓鍵合表面預處理產品均已通過客戶驗收。混合鍵合設備主要應用于三維集成領域，覆蓋存儲/邏輯芯片、先進封裝、圖像傳感器等細分領域，未來潛在市場空間較大。2023年公司混合鍵合設備的銷量為3臺。

晶盛機電開發出了應用于8-12英寸晶圓及封裝端的減薄設備、外延設備、LPCVD設備、ALD 設備等；以及應用于功率半導體的6-8英寸碳化硅外延設備和光學量測設備。

奧特維生產的鋁線鍵合機應用在半導體封測環節，已持續獲得客戶小批量訂單。該公司的半導體鍵合機自2021年開始在客戶端驗證，取得多個客戶小批量訂單，并已成功研發出半導體碳化硅銅線鍵合機。

2024年一季度，半導體設備公司的業績延續增長，封裝測試類設備密切配合封測廠商的需求，部分產品調試周期較長，使經營活動產生的現金流量凈額與凈利潤的差額較大，隨著產品生命周期向成熟階段邁進，經營性凈現金流有望改善。

先進封裝設備不斷突破

先進封裝工藝逐步從后道往前道晶圓制造滲透，涉及光刻、刻蝕、沉積、拋光等工藝，TSV工藝所涉及的關鍵技術主要包括通孔刻蝕、通孔薄膜淀積、通孔填充、化學機械拋光（下稱“CMP”）等，涉及的設備包括光刻機、刻蝕機、晶圓減薄機、掩膜設備、涂膠機、電鍍設備等。CMP設備、減薄設備是芯片堆疊技術、先進封裝技術的關鍵核心設備。

Chiplet技術需要將晶圓進行減薄處理，但超薄晶圓具有高柔性、高脆性、易翹曲、易起伏等特點，在減薄過程中極易產生碎裂、變形等缺陷，良品率極低。為了降低減薄工藝中的碎片率，提高芯片制造的良率、加工精度和封裝精度，通常采用臨時鍵合及解鍵合技術，在背面減薄前，采用臨時鍵合的方式將晶圓轉移到載片上為其提供強度支撐，完成背面減薄及其他背面工藝后進行解鍵合。

華海清科研發出滿足集成電路、先進封裝等制造工藝的12英寸晶圓邊緣切割設備，2024年上半年已發往某存儲龍頭廠商進行驗證。首臺12英寸單片終端清洗機HSC-F3400機臺出機發往國內大硅片龍頭企業進行驗證，核心技術指標已滿足客戶要求。用于濕法工藝設備中研磨液、清洗液等化學品供應的SDS/CDS供液系統設備已獲得批量采購，已在邏輯、先進封裝、MEMS等國內集成電路客戶實現應用。膜厚測量設備已實現小批量出貨，部分機臺已通過驗收。華海清科化學天津二期項目機械拋光機項目生產配套工程預計于2024年底竣工，該項目通過提升配套服務能力進一步提高公司的產能。

中微公司的TSV硅通孔刻蝕設備越來越多地應用在先進封裝和MEMS器件生產，2023年，該公司ICP技術設備類中的8英寸和12英寸深硅刻蝕設備 Primo TSV 200E、Primo TSV 300E 在晶圓級先進封裝、2.5D封裝和微機電系統芯片生產線等成熟市場繼續獲得重復訂單，產品在12英寸的3D芯片的硅通孔刻蝕工藝上得到驗證。

目前國內的2.5D先進封裝產線處于擴張期，芯源微和國內多家主要客戶深度合作，已覆蓋包括后道涂膠顯影機、清洗機、去膠機、刻蝕機、臨時鍵合機、解鍵合機、Frame清洗機等多款產品。芯源微已快速切入到新興的Chiplet大市場，目前已推出了包括臨時鍵合、解鍵合、Frame 清洗等在內的多款新產品，陸續獲得國內多家頭部客戶訂單，進入小批量銷售階段，該公司在2.5D/3D先進封裝領域布局的新產品Frame清洗設備目前也已進入小批量銷售階段。