封装测试为半导体产业核心环节之一,指将经过测试的晶圆加工成独立芯片的过 程,主要分为封装与测试两个环节。封装是将半导体元件在基板上布局、固定及连接,并用绝缘介质封装形成芯片的过程。封装步骤有效保证芯片的散热和电信 号传输性能;测试步骤对芯片的结构完整性及电气功能进行确认。
全球集成电路封装技术共经历了五个发展阶段,不断朝小型化、I/O 数量增加、集成化方向发展。早期三种传统封装方式包括通孔插转型封装(QFN、QFP)、表面贴装型封装(SOP、SOT)、现阶段广泛采用的芯片级封装(CSP)和球栅阵列封装 (BGA)。包括倒装焊封装 (Flip Chip)、三维立体封装 (3D IC)、系统级封装 (SiP) 在内的第四/五代封装方式,被视为先进封装。
封装测试市场:与半导体产业共同发展壮大,先进封装占比提升
作为从晶圆制造到成品芯片的关键环节,随着全球半导体产业的发展,封装测试的市场规模不断扩大。据 Yole 统计和预估:2019 年全球封装测试市场规模为 675 亿美元,2022 年达到 815 亿美元, 2026 年将上升至 961 亿美元;中国大陆的封 装测试市场由 2019 年的 2350 亿元,上升至 2022 年的 2996 亿元,在短暂调整之 后 2026 年有望达到3248亿元的规模。
封装测试产业链:与上下游密切配合
集成电路封装测试行业整体位于半导体产业链的中下游,是衔接前道晶圆制造与成品芯片的关键环节。封装测试的上游包括封装测试设备,封装材料,EDA 软件,与晶圆生产等环节;下游客户则主要为芯片设计企业。
前道制造晶圆厂很少直接参与传统后道封装环节;但是随着先进封装技术的不断推广,刻蚀、沉积、光刻、键合、清洗等工艺在先进封装环节得到广泛运用,逐渐形成了中道工艺。中道工艺的精度低于同期的前道晶圆制造工艺,但显著高于传统的后道封装;由于中道制程工艺原理与前道制程工艺存在大量相通之处,台积电、三星、海力士等晶圆制造企业开始与下游封测厂商密切合作,深度介入先进封装流程。部分前道设备企业开始积极布局中道先进封装设备。
封装测试设备:存在较大国产替代空间
集成电路封装测试流程主要使用测试设备与封装设备。测试设备主要包括 ATE 测试机、探针台、分选机等,负责对成品芯片的电性等指标进行检查,并筛查出不合格的芯片。国内测试设备下游客户主要包括封测企业,芯片IDM企业;2022年国内测试机市场规模为25.8亿美元。在测试设备领域, 国内已经涌现出长川科技、华峰测控、武汉精鸿、精智达、联动科技、广立微等优秀企业,模拟测试机已实现较高的国产化率;但高端测试设备市场仍然主要被爱德万、泰瑞达等美日企业掌控。
封装设备负责从裸晶圆到成品芯片的生产过程。2022 年全球(传统)封装设备市场规模为 57.8 亿美元,SEMI 预计 2023 年将回落至约 40 亿美元,2025 年有望回 升至 59.5 亿美元。相较于前道制造设备和测试设备,封装设备品类繁多,国外出 口限制措施较少,国内重视程度较弱,国产化水平较低。2021/2022 年中国大陆封 装用设备进口规模分别 216/153 亿元,存在较大国产替代空间。传统芯片封装产线 中国大陆封装设备进口金额(亿元)
审核编辑:刘清
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原文标题:集成电路封装:由晶圆到成品芯片
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