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[分享] AI芯片点燃 半导体封装产业链复苏曙光初现

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2024-6-20
发表于 2024-5-23 14:56:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
先进封装在提高芯片性能的过程中发挥重要作用,对于AI芯片尤其如此。中国大陆先进封装产值占全球的比例不断提升,国产厂商围绕2.5D、3D先进封装布局重要设备,取得不同程度的突破,部分设备已达国际先进技术水平。
吴新竹/文
半导体的每一次技术变革都是驱动行业增长、开启新一轮景气周期的动力之源,在消费电子需求趋于稳定、存储器市场回暖、人工智能与高性能计算加速发展的带动下,2024年全球半导体市场将重回增长轨道,研究机构预计全年销售额将增长10%以上,2024年封测市场或将迎来全面反弹。AI手机和AI PC新机型陆续发布对于全球半导体产业需求拉动明显,封测环节对于下游需求的回暖较为敏感,2024年一季度,三大国产封测厂商净利润均实现同比增长。
整体来看,封测厂商能够通过FCBGA、Chiplet等先进封装技术满足下游客户在AI算力等方面的需求,可生产4nm节点的多芯片系统集成封装产品。
算力和功耗是AI芯片的关键指标,随着摩尔定律的放缓,单纯依靠先进制程来提升算力性价比越来越低,先进封装能够提升芯片的传输及运算速度,并实现芯片整体性能的提升,相对轻松地实现芯片的高密度集成、体积微型化以及降低成本,由此先进封装对于提高芯片集成度、缩短芯片距离、优化性能发挥着越来越重要的作用。
先进封装设备国产化正在全面推进,2024年一季度,半导体设备厂商的业绩延续增长。
在刻蚀、薄膜沉积设备中,中微公司、北方华创均推出了先进封装系列产品。键合设备中,拓荆科技圆对晶圆键合产品已通过客户验收,并获得了重复订单。在CMP、减薄设备中,华海清科用于先进封装的CMP设备已批量交付客户大生产线,新开发的12英寸超精密减薄机核心技术指标已满足客户要求。
盈利复苏
2023年全球消费电子市场疲软,全球半导体市场处于行业下行周期,市场规模为5200亿美元,同比下降9.4%。
中国半导体产业同样受到行业周期下行和贸易环境变化等因素影响,而国内市场具备较强的发展韧性和潜力,产业规模持续扩大,2023年中国集成电路产量为3514亿块,同比增长6.9%。
2023年下半年以来,全球半导体销售额有所增长,第四季度个人电脑等消费电子的出货量见底,预计将在2024年实现增长。研究机构预测,2024年全球智能手机出货量为12亿部,同比增长2.8%,大模型技术将推动手机进入AI时代,预计AI手机出货量占比将达到15%;到2027年全球人工智能总投资规模将达到4236亿美元,其中中国将达到381亿美元,占全球总投资的9%。
在人工智能、高性能计算、新能源汽车等新兴领域的终端需求带动下,晶圆厂将持续进行资本开支,扩充产能,存储器系2024年半导体市场复苏最主要的推动力,中国集成电路产量正在进入上行周期。
2024年一季度,长电科技实现扣非归母净利润1.08亿元,较上年同期增长91.33%,华天科技同比减亏,通富微电实现扣非归母净利润9452万元,较上年同期扭亏为盈。一季度,三大测封厂的固定资产保持高位,在建工程持续投入,华天科技与通富微电的固定资产规模在150亿元以上,长电科技的固定资产规模超过180亿元,华天科技与长电科技的在建工程分别同比增长48.91%和35.97%;三家公司的固定资产周转率均较上年同期有所提高,营运能力增强。
2023年汽车电子类集成电路仍保持高速增长,达到422亿美元,同比增长23.7%。全球能源结构调整的大趋势带动了功率半导体及大功率模块需求的持续增长。2023年长电科技设立汽车电子芯片成品制造工厂,聚焦于大算力和存储应用、功率器件和能源系统、AI边缘终端应用、传统封装形式升级四大领域。通富微电布局多年的存储器产线和显示驱动产线已稳步进入量产阶段,在显示驱动、功率半导体等方面继续成长,汽车产品项目同比增加200%。
布局先进封装
随着摩尔定律的放缓,通过制程升级提高晶体密度的方法性价比越来越低,先进封装重要性愈发凸显。先进封装一般指将不同系统集成到同一封装内以实现更高效系统效率的封装技术,是对应于先进晶圆制程而衍生出来的概念,与传统封装主要提供电气连接和保护半导体芯片免受元件影响的作用不同,先进封装可以大幅提高芯片的集成度,提高芯片之间的通信速度。
以OpenAI为代表的大模型厂商不断加速更新,算力芯片和存储芯片需求大增,人工智能与终端消费电子产品结合愈发成熟,AI浪潮对于先进封装的发展起到了关键作用。
通过芯片堆叠的方式完成高性能芯片制造成为摩尔定律趋缓下半导体工艺的重要发展方向。先进封装主要包含倒装、凸块、晶圆级封装、2.5D 封装、3D封装等,2.5D/3D封装的关键工艺是TSV硅通孔技术。Chiplet将芯片划分为小芯粒,对需要实现的复杂功能进行分解,然后开发出多种具有单一特定功能的裸芯片,这些来自不同功能、不同工艺节点的裸芯片可相互进行模块化组装,最终形成一个完整的芯片。通过Chiplet和2.5D/3D封装技术可将芯片颗粒垂直堆叠,打破“内存墙”制约,成为AI及高性能计算需求下的主流方案。
通富微电是AMD最大的封测供应商,占其订单总数的80%以上,2023年通富微电向第一大客户的销售额占年度销售总额比例由54.15%提高至59.38%。该公司的超大尺寸2D+封装技术、3维堆叠封装技术、大尺寸多芯片chip last封装技术已验证通过;持续开展以超大尺寸FO及2.5D 技术为代表的新技术、新产品研发,持续推进5nm、4nm、3nm新品研发。
长电科技2023年汽车业务实现营收同比增长68%,并向长电汽车电子增资建设生产车规芯片成品的先进封装基地。该公司2023年完成新一代毫米波AiP方案及WiFi和5G 射频模组的开发并投入生产。在2.5D高性能先进封装领域,该公司覆盖了当前市场上的主流2.5D Chiplet方案,并已在集团旗下不同的子公司实现生产。该公司推出的 XDFOI® Chiplet 高密度多维异构集成系列工艺已按计划进入稳定量产阶段。全资子公司长电先进XDFOI™ 2.5D试验线已建设完成,并进入稳定量产阶段。
据预测,全球先进封装市场规模将由2022年的443亿美元增长到2028年的786亿美元,增速远高于传统封装。近年来,国内厂商先进封装技术快速发展,不断提高在全球的市场份额,中国大陆先进封装产值占全球的比例由2016年的10.9%增长至2022年的16.8%,预计未来占比还将持续提升。
设备需求旺盛
全球半导体晶圆月产能2024年预计将增长6.4%,首次突破每月3000万片大关。预计2024年中国大陆芯片制造厂新运营18个项目,产能同比增加13%,达到每月860万片晶圆,将持续提升其在全球半导体产能中的份额。
相应地,全球300mm晶圆厂设备投资预计将在2025年增长20%至1165亿美元,并将在未来几年内呈现大幅增长趋势,中国大陆未来4年将保持每年300亿美元以上的投资规模;2025年全球半导体制造设备的销售额增长至1240亿美元。
封装设备主要包括固晶机、引线键合机、电镀设备、塑封机、检测设备、划片机、减薄机等后道设备,封装材料主要包括封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷封装材料、芯片粘结材料等。截至2022年,全球封装设备市场规模为58亿美元,其中固晶机与引线键合机分别占比24%,排名第三的封装机占比为 15%。
半导体产品制造要超前电子系统开发新一代工艺,而半导体设备要超前半导体产品制造开发新一代产品。晶圆厂的资本开支带动半导体设备的市场需求,反过来国内半导体设备企业不断提高技术研发能力,推动产品的迭代升级及新产品研发。
盛美上海研发出SAPS/TEBO兆声波清洗技术和单片槽式组合清洗技术。目前,该公司的半导体清洗设备主要应用于12英寸的晶圆制造领域的清洗工艺,能够覆盖的清洗步骤已达到90-95%左右。
拓荆科技的晶圆对晶圆键合产品、芯片对晶圆键合表面预处理产品均已通过客户验收。混合键合设备主要应用于三维集成领域,覆盖存储/逻辑芯片、先进封装、图像传感器等细分领域,未来潜在市场空间较大。2023年公司混合键合设备的销量为3台。
晶盛机电开发出了应用于8-12英寸晶圆及封装端的减薄设备、外延设备、LPCVD设备、ALD 设备等;以及应用于功率半导体的6-8英寸碳化硅外延设备和光学量测设备。
奥特维生产的铝线键合机应用在半导体封测环节,已持续获得客户小批量订单。该公司的半导体键合机自2021年开始在客户端验证,取得多个客户小批量订单,并已成功研发出半导体碳化硅铜线键合机。
2024年一季度,半导体设备公司的业绩延续增长,封装测试类设备密切配合封测厂商的需求,部分产品调试周期较长,使经营活动产生的现金流量净额与净利润的差额较大,随着产品生命周期向成熟阶段迈进,经营性净现金流有望改善。
先进封装设备不断突破
先进封装工艺逐步从后道往前道晶圆制造渗透,涉及光刻、刻蚀、沉积、抛光等工艺,TSV工艺所涉及的关键技术主要包括通孔刻蚀、通孔薄膜淀积、通孔填充、化学机械抛光(下称“CMP”)等,涉及的设备包括光刻机、刻蚀机、晶圆减薄机、掩膜设备、涂胶机、电镀设备等。CMP设备、减薄设备是芯片堆叠技术、先进封装技术的关键核心设备。
Chiplet技术需要将晶圆进行减薄处理,但超薄晶圆具有高柔性、高脆性、易翘曲、易起伏等特点,在减薄过程中极易产生碎裂、变形等缺陷,良品率极低。为了降低减薄工艺中的碎片率,提高芯片制造的良率、加工精度和封装精度,通常采用临时键合及解键合技术,在背面减薄前,采用临时键合的方式将晶圆转移到载片上为其提供强度支撑,完成背面减薄及其他背面工艺后进行解键合。
华海清科研发出满足集成电路、先进封装等制造工艺的12英寸晶圆边缘切割设备,2024年上半年已发往某存储龙头厂商进行验证。首台12英寸单片终端清洗机HSC-F3400机台出机发往国内大硅片龙头企业进行验证,核心技术指标已满足客户要求。用于湿法工艺设备中研磨液、清洗液等化学品供应的SDS/CDS供液系统设备已获得批量采购,已在逻辑、先进封装、MEMS等国内集成电路客户实现应用。膜厚测量设备已实现小批量出货,部分机台已通过验收。华海清科化学天津二期项目机械抛光机项目生产配套工程预计于2024年底竣工,该项目通过提升配套服务能力进一步提高公司的产能。
中微公司的TSV硅通孔刻蚀设备越来越多地应用在先进封装和MEMS器件生产,2023年,该公司ICP技术设备类中的8英寸和12英寸深硅刻蚀设备 Primo TSV 200E、Primo TSV 300E 在晶圆级先进封装、2.5D封装和微机电系统芯片生产线等成熟市场继续获得重复订单,产品在12英寸的3D芯片的硅通孔刻蚀工艺上得到验证。
目前国内的2.5D先进封装产线处于扩张期,芯源微和国内多家主要客户深度合作,已覆盖包括后道涂胶显影机、清洗机、去胶机、刻蚀机、临时键合机、解键合机、Frame清洗机等多款产品。芯源微已快速切入到新兴的Chiplet大市场,目前已推出了包括临时键合、解键合、Frame 清洗等在内的多款新产品,陆续获得国内多家头部客户订单,进入小批量销售阶段,该公司在2.5D/3D先进封装领域布局的新产品Frame清洗设备目前也已进入小批量销售阶段。
本文刊于5月11日出版的《证券市场周刊》


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