2023年封测行业中报总结:周期触底环比改善,关注先进封装布局
- 来源:东吴证券
- 发布时间:2023/09/22
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封测行业中报总结:周期触底环比改善,关注先进封装布局.pdf
封测行业中报总结:周期触底环比改善,关注先进封装布局。封测产业链梳理:当前,全球封装行业的主流技术处于以CSP、BGA为主的第三阶段,并向以系统级封装(SiP)、倒装焊封装(FC)、芯片上制作凸点(Bumping)为代表的第四阶段和第五阶段封装技术迈进。目前亚太地区占全球集成电路封测市场80%以上的份额,我国集成电路封测行业已在国际市场具备了较强的竞争力。从材料成本占比来看,基板是核心原材料,随着封装技术向多引脚、窄间距、小型化的趋势发展,封装基板已逐渐取代传统引线框架成为主流封装材料。其中ABF载板主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等高运算性能IC,目前我国载板供不应求,因此大陆载板...
1. 封测行业中报总结:Q2 业绩环比改善,个股表现分化
1.1. 板块整体:Q2 业绩环比改善,底部企稳阶段
23H1 总结与展望:全球经济前景的不确定性导致整个半导体行业需求下滑,集成 电路下游终端应用场景出现了结构性失衡,疫情后消费电子类需求下滑显著,库存高企; 汽车电子市场发展迅速,但集成电路运用相对规模较小,发展前景可观;计算机通信类 整体相对疲软,5G 建设接近饱和整体放缓,但与 AI 相关的环节受益于 ChatGPT 等大 模型的崛起产能供不应求。集成电路行业景气度整体下降的情况下,与行业景气度息息 相关的封测环节整体业绩疲软,出现了较为明显的下滑,但是 Q2 以来,各个领域稼动 率均有所回升,行业整体营收、净利润下滑收窄,毛利率环比改善,处于底部企稳阶段, 随着下半年需求的回暖,行业有望迎来复苏。
营收端来看:2017 年以来封测板块除 2019 年受中美贸易战以及半导体周期下滑营 收同比微下滑 1.1%外均实现同比快速增长,2023 年以来受需求疲软影响,23H1 营收同 比-10%。分季度看:23Q1/Q2 同比-13.6/-6.3%,在 21Q3 增速达到顶峰后受制于行业周 期波动季度增速一路下降,23Q1 转负,但 23Q2 下滑幅度明显收窄,行业稼动率回升。
净利润端来看:由于封测属于重资产行业,行业周期的波动对于公司利润端的影响 更大,固定成本较高的情况下稼动率不足会较大程度拖累利润,因此整个行业 2017-2022 年净利润波动较大,同时行业龙头长电科技 18 年收购星科金朋对业绩影响较大,导致 18 年行业利润大幅下滑。23H1 行业需求下滑导致稼动率不足,整体归母净利润同比下 滑 73.2%。分季度看:23Q1/Q2 同比-86.3/-55.3%,2022H2 以来同比持续下滑,主要是 由于行业周期性波动以及 21-22 年以来封测行业集中扩产带来后续的资本开支增加。从 公司中报对外交流来看,行业的稼动率相较 Q1 有所回升,因此同比下滑有所收窄。

毛利率端来看:封测环节处于微笑曲线中间,整体产品附加值较低,2017-2022 年 毛利率在 10-20%之间波动,23H1 行业整体毛利率为 13.19%,同比-5.0pct。分季度看: 23Q1/Q2 分别为 11.1%/15.1%,同比-6.6/-3.5pct,随着稼动率的回升,毛利率下滑也明显 收窄。展望未来,根据 Yole 预测,先进封装占整体封装的比重将从 2014 年的 38%上升 至 2026 年的 50.2%,同时下游高附加值的汽车和 AI 相关领域占比将快速提升,因此行 业毛利率中枢有望上移。
净利率端来看:净利率同样大幅受到行业周期的波动影响,在产业上行周期阶段, 净利率行业最高水平达到 21 年的 10.2%,23H1 净利率为 2.88%,同比-6.1pct。分季度 看:23Q1/Q2 分别为 0.8%/3.0%,同比-6.2/-2.8pct,随着稼动率的回升,净利率下滑也明 显收窄。
1.2. 公司表现:下游应用产品结构不同,业绩表现分化
由于行业的特殊性质,除了长电科技、通富微电、华天科技三大国内封测领先公司 产品更偏向综合型外,大部分封测公司下游应用领域会有所侧重,因此收到不同下游应 用领域景气度不同,业绩有所分化,但整体 Q2 环比改善较为显著。 龙头受海外客户需求和汇兑拖累。三大封测综合型龙头公司业绩来看,营收端 23H1 长电科技、通富微电、华天科技分别同比-21.9%/+3.6%/-18.2%,归母净利润分别同比67.9%/亏损/-87.8%。三大国内龙头公司下滑较为明显的主要原因是主要原因是产品结构 中海外占比更大,而封测行业国内需求下滑相对海外更早,因此二季度以来国内回暖相 对明显,因此海外占比较高的龙头恢复相对较慢。通富微电营收同比微增的原因是核心 大客户有向高端产品以及 AI 类产品研发,公司充分受益于与其深度绑定,但是由于公 司主要为美元负债,Q2 美元升值造成汇兑损失拖累了利润,因此利润转负。长电虽然 整体下滑,但是下游产品结构性来看主要是受到手机通信类需求下滑的影响,但是汽车 电子业务快速增速,上半年同比+130%,同时新建临港厂匹配汽车业务产能。
细分领域公司受下游需求影响业绩分化。深科技、晶方科技、甬矽电子、蓝箭电子、 气派科技业绩来看,23H1 营收同比分别+2.5%/-22.3%/-13.5%/+0.8%/-13.9%,归母净利 润分别同比-34.9%/-59.9%/亏损/+12.6%/亏损。其中,下游产品主要为消费电子的甬矽电 子和气派科技营收大幅下滑的同时均出现了亏损,因为消费电子需求的大幅下滑导致公 司稼动率不足,重资产属性下固定成本较高,严重拖累了利润。另一方面,为了匹配整 个封测行业往先进封装发展的趋势,甬矽电子和晶方科技等公司积极布局相关技术和产 品,费用端对公司业绩也造成了比较大的拖累。业绩表现较好的蓝箭电子主要下游为分 立器件,是除了半导体设备外 23H1 唯一实现正增长的半导体细分领域。
DDIC 受益下游高景气,Q2 环比大幅改善。封测公司颀中科技和汇成股份 23H1 营 收同比分别-3.9%/20.6%,归母净利润同比-32.4%/-11.3%。Q2 以来两家公司业绩改善显著,颀中科技和汇成股份 23Q2 归母净利润环比+199.3%/+111.9%,主要原因是自 2023 年 2 月以来,随着面板厂控产、低库存情况下整机厂商备货需求走强,面板价格持续稳 步上升,DDIC 下游需求回暖显著。 测试公司整体表现优于封测公司。测试公司伟测科技、大港股份、利扬芯片、华岭 股份 23H1 营收同比分别-12.4%/-17.2%/+7.9%/+22.6%,归母净利润分别-38%/持平 /+56%/89.4%,业绩表现相对较好的原因是利扬芯片、华岭股份整体规模较小,同时 22 年下滑基数较低,因此增长明显,但更具代表性的国内测试领先公司伟测科技表现与封 测公司表现接近,整体下滑的同时 Q2 明显改善。
2. 周期触底,景气度有望回暖
封测受半导体景气的影响较为明显。目前半导体行业下行逐渐收尾,封测有望回暖。 复盘 2008 年以来的几轮半导体周期,2010 年初、2014 年初、2017 年中、2021 年末对 应全球半导体月度销售额同比增速的高点;2008 年末、2012 年初、2016 年出初、2019 年中对应全球半导体月度销售额同比增速的低点。上行周期通常为 1-2 年,下行周期通 常为 1-1.5 年。

观察本轮全球半导体销售额当月同比变动,上行区间为 2019 年 Q2-2022 年 Q1,下 行区间为 2022Q1 至今,因此推测周期有望于 2023Q3 触底。封测厂上一轮扩产高峰在 2020-2021 年,建设周期通常在 2-3 年,因此产能释放时间点在 2023-2024 年,因此在景 气度回暖的时间点有足够的产能支撑。
营收角度看,台股主要 IC 设计公司的月度营收 2023Q2 同比下滑收窄,主要封测公 司 2023 年以来月度营收同比持续下滑。库存角度看,目前台股 IC 设计公司季度库存增 速 2022 年以来快速下降,2023Q1 库存增速已转负,进入去库阶段,主要封测公司 2022Q3 库存增速快速加速下降但仍未转负。从半导体行业传导路径来看,IC 设计公司加速去 库存后,封测公司有望跟随开始去库存,封测行业有望回暖。
回顾 2023 年上半年,由于下游库存调整节奏仍较慢,晶圆代工厂订单数量和产能 利用率缺乏增长动力,营收水平均有不同程度下滑。根据群智咨询(Sigmaintell)预测, 2023 年第二季度全球纯晶圆代工(不含 IDM)出货量约 713 万片(12 英寸等效),同比 下降约 22%;平均稼动率约 74%,相比 2022 年同期平均稼动率 98%有显着下滑。需求 方面,随着传统旺季到来,下游厂商将逐渐启动备货,预计将为晶圆厂带来订单增加, 但整体需求回升幅度较小,2023 年第三季度晶圆厂平均稼动率预计仍将在 80%左右。 自 2023 年 2 月以来,随着面板厂控产、低库存情况下整机厂商备货需求走强,面 板价格持续稳步上升。根据群智咨询,7 月大尺寸面板延续之前上涨幅度,75 寸上涨 8 美金到 233 美金,65 寸上涨 8 美金到 171 美金,55 寸上涨 5 美金到 124 美金,32 寸上 涨 2 美金到 37 美金。随着三季度 TV 面板备货旺季来临,面板供需依然维持平衡偏紧, 面板价格有望维持上涨趋势。随着下游景气度的回暖,DDIC(触控显示驱动芯片)封 测行业有望率先受益,颀中科技公开交流表示公司 23Q2 稼动率快速回暖。

3. 封测产业链梳理
从集成电路行业发展历史来看,早期的集成电路企业大多选择纵向一体化(IDM) 的组织架构。20 世纪 90 年代,随着全球化进程加快、国际分工职能深化,以及集成电 路制程难度的不断提高,集成电路产业链开始向专业化的分工方向发展,封装测试服务 厂商(OSAT)孕育而生。通常认为,集成电路封装主要有电气特性的保持、芯片保护、 应力缓和及尺寸调整配合四大功能。测试主要分为晶圆测试(CP)、最终测试(FT), CP 测试:封装前测试。在封装前把芯片放在各种环境下,通过探针与焊盘接触,测试 其电气特性,标记出不合格的芯片,把正常的芯片分为不同级别,缩减后续封测的成本; FT 测试:封装后成品测试。晶圆切割过程中可能会引入新的缺陷,因此在芯片完成封 装后需要对其进行 FT 测试才能最终发货。封装和测试是集成电路中的重要组成部分, 世界集成电路产业三业结构合理占比是 3:4:3(设计:制造:封测),封测环节在整个集 成电路产业链中占据了重要一环。 封测厂商盈利模式通常由客户提供未进行封装的晶圆裸片,公司根据客户要求的封 装类型和技术参数,将芯片裸晶加工成可直接装配在 PCB 电路板上的芯片产品。封装 完成后,公司会根据客户要求,对芯片产品的各类参数进行的专业测试,完成晶圆裸片 的封装和芯片测试后,将芯片成品交付给客户,获得收入和利润。
根据《中国半导体封装业的发展》,迄今为止全球集成电路封装技术一共经历了五 个发展阶段。当前,全球封装行业的主流技术处于以 CSP、BGA 为主的第三阶段,并向 以系统级封装(SiP)、倒装焊封装(FC)、芯片上制作凸点(Bumping)为代表的第四阶 段和第五阶段封装技术迈进。
在半导体产业转移、人力资源成本优势、税收优惠等因素促进下,全球集成电路封 测厂逐渐向亚太地区转移,目前亚太地区占全球集成电路封测市场 80%以上的份额。 根据市场调研机构 Yole 统计数据,全球集成电路封测市场长期保持平稳增长,从 2011 年的 455 亿美元增至 2020 年的 594 亿美元,年均复合增长率为 3.0%。同全球集成电路 封测行业相比,我国封测行业增速较快。根据中国半导体行业协会统计数据,2011 年至 2020 年,我国封测行业年均复合增长率为 16.2%。
同集成电路设计和制造相比,我国集成电路封测行业已在国际市场具备了较强的竞 争力。2022 年全球前 10 名封测龙头企业中,中国大陆地区有 4 家企业上榜,其中长电 科技、通富微电、华天科技分别排名第三、第四、第六名。随着我国集成电路国产化进 程的加深、下游应用领域的蓬勃发展以及国内封测龙头企业工艺技术的不断进步,国内 封测行业市场空间将进一步扩大。
集成电路产业的技术水平和发展规模已成为衡量产业竞争力和综合实力的重要标 志,国家明确将集成电路产业上升至国家战略,并连续出台了一系列产业支持政策。国 务院 2020 年 7 月出台的《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》 中提到中国芯片自给率要在 2025 年达到 70%。2021 年 3 月公布的《中华人民共和国国 民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》指出,实施一批具有前 瞻性、战略性的国家重大科技项目,将集成电路作为原创性引领性科技攻关产业之一。
国家发改委 2017 年发布《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》,重点支持电 子核心产业,包括集成电路芯片封装中采用 SiP、MCP、MCM、CSP、WLP、BGA、 FlipChip、TSV 等技术的集成电路封装;2019 年,国家发改委发布《产业结构调整指导 目录(2019)》,鼓励类产业中包括球栅阵列封装(BGA)、插针网格阵列封装(PGA)、 芯片规模封装(CSP)、多芯片封装(MCM)、栅格阵列封装(LGA)、系统级封装(SiP)、 倒装封装(FC)、晶圆级封装(WLP)、传感器封装(MEMS)等先进封装与测试。

半导体封装主要基于键合架构和基板材质进行分类,如传统封装中 WB 封装就是引 线键合+IC 基板的形式,若无 IC 基板则为 COB,有 IC 基板+倒装则为 FC 类封装。从 DIP、SOP、QFP、PGA、BGA 到 CSP 再到 SIP,IO 数量越来越多,技术指标也越来越先 进,摩尔定律越来越接近物理极限。 按封装材料划分类,主要有以下几个类别:金属封装、陶瓷封装、金属-陶瓷封装、 塑料封装。其中塑料封装成本低廉,工艺简单,适合大批量生产,占比最大。金属封装 材料具有热导率富,易加工成型能好等优点,但容易导电同时成本高。陶瓷封装材料的 密度较小,热导率较高,膨胀系数匹配,是一种综合性较好的封装材料,但成本高,制 作加工较复杂,更适用于高级微电子器件的封装如航空航天及军事领域。金属-陶瓷封装 结合了金属和陶瓷各自的优点,但是成本更高,制造工艺复杂。 从材料成本占比来看,基板是核心原材料,19 年占比达到了 48%,其他核心材料包 括引线框架(15%)、键合丝(15%)、环氧树脂(10%)、陶瓷基板(6%)。
随着封装技术向多引脚、窄间距、小型化的趋势发展,封装基板已逐渐取代传统引 线框架成为主流封装材料。引线键合类基板在其封装总成本中占比约为 40%~50%,而 倒装芯片类基板的成本占比则可高达 70%~80%。相对其他封装材料,封装基板的难度 更大,但利润高、应用领域众多、市场空间广阔。IC 载板竞争格局集中,内资厂商市占 率低。据 Prismark 统计,2020 年全球封装基板 CR10=83%、CR3=36%,前三大厂商为 中国台湾的欣兴 Unimicron、日本的 Ibiden、韩国的 SEMCO,分别市占率为 15%、11%、 10%。从全球封装基板行业产值情况来看,逐年增长。根据 Prismark 数据,2020 年全球 封装基板产值为 101.9 亿美元,同比增长 25.2%,2020-2025 年封装基板的年复合增速为 9.7%,并于 2025 年实现 161.9 亿美元的产值。 目前硬质封装基板主要有三种材料,分别是 BT 材料、ABF 材料和 MIS 材料。BT 基板多用于手机 MEMS 芯片、通信芯片和内存芯片等产品,随着 LED 芯片的快速发 展,BT 基板在 LED 芯片封装上的应用也在快速发展。ABF 载板主要用于 CPU、GPU、 FPGA、ASIC 等高运算性能 IC。ABF 基材匹配半导体先进制程,以满足其细线路、细 线宽的要求。目前,ABF 载板已经成为 FC-BGA 封装的标配。高性能计算应用以及 PC、 处理器等芯片,都对 FC-BGA 封装存在需求。
为了提升 ABF 载板的供应能力,日、韩、中国台湾地区的 IC 载板供应商纷纷投资 扩建 ABF 载板产能。考虑到目前 IC 载板国产化程度相对滞后,细分领域的本土企业渗 透空间广阔。据华经产业网统计,2020 年我国封装基板行业产量达到 114.9 万平方米, 需求量为 226.6 万平方米,呈现供不应求,因此大陆载板领先企业深南电路、兴森科技、 珠海越亚纷纷布局抢占市场。
半导体芯片测试探针是应用在半导体芯片测试环节中的重要器件。2020 年,半导体 芯片测试探针系列产品占半导体封测设备市场规模的比例为 15.2%。根据 Uresearch 数 据,2021 年中国探针市场规模约 18.8 亿人民币,2025 年有望达到 32.8 亿人民币, 2021-2025 年 CAGR 约为 15%。
半导体探针作为探针领域高端产品,呈现寡头垄断的态势,韩国 LEENO 工业占据 全球半导体测试探针市场主要份额,2020 年销售额约 4.2 亿元,国内仅有少数厂商在国 内开设工厂,其中和林微纳正在加速布局半导体芯片探针业务,收入规模由 2019 年的 0.2 亿元提升至 2020 年的 1.21 亿元。
4. 先进封装大有可为,巨头加码布局
4.1. 先进封装大有可为
封装技术有着较为明确的代际变化,其中先进封装技术与传统封装技术主要以是否 采用焊线(即引线焊接)来区分。传统封装一般利用引线框架作为载体,采用引线键合 互连的形式进行封装,典型封装方式有 DIP、SOP、TSOP、QFP 等。而先进封装主要是 采用倒装等键合互连的方式来实现电气连接,主要包含倒装(FlipChip),凸块(Bumping), 晶圆级封装(Waferlevelpackage,WLP),2.5D 封装(interposer,RDL 等),3D 封装(TSV) 等封装技术。
对比传统封装和先进封装,先进封装主要采用多芯片、异质集成、芯片之间高速互 联对比传统封装的平面、芯片之间缺乏高速互联,芯片系统内存宽带和性能更高,但相 应能耗比和成本也会更高。先进封装中 2.5D/3D 封装技术主要基于 Z 轴延伸的路径,将 多个芯片进行垂直堆叠并互连,在更小的面积里集成更多芯片,因此芯片发热会更高, 对封装材料的散热性能也提出了更高的要求。
半个多世纪以来,微电子技术大致遵循着“摩尔定律”快速发展。但近年来,随着芯片制程工艺的演进,“摩尔定律”迭代进度放缓,导致芯片的性能增长边际成本急剧上 升。据 IBS 统计,在达到 28nm 制程节点以后,如果继续缩小制程节点,每百万门晶体 管的制造成本不降反升。在摩尔定律减速的同时,计算需求却在暴涨。随着云计算、大 数据、人工智能、自动驾驶等新兴领域的快速发展,对算力芯片的效能要求越来越高。 因此,先进封装成为超越摩尔定律方向中的一条重要赛道。先进封装在提高芯片集成度、 缩短芯片距离、加快芯片间电气连接速度以及性能优化的过程中扮演了更重要角色,正 成为助力系统性能持续提升的重要保障,并满足“轻、薄、短、小”和系统集成化的需 求。根据 Yole 预测,先进封装占整体封装的比重将从 2014 年的 38%上升至 2026 年的 50.2%。2019-2025 年先进封装市场规模增速 CAGR6.6%,远远高于传统封装的 1.9%。

Yole 最新的数据显示,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,2022-2028 年市场规模 CAGR 为 10.6%。在不同的先进封装平 台中,2.5D/3D 增长最快,2022 年至 2028 年的 CAGR 接近 40%。它是分析和开发最多 的技术之一,收入占比较大。用于将芯片与更先进节点集成的高端性能封装预计到 2028 年将超过 160 亿美元,占先进封装领域的 20%以上。分下游看,高端性能封装中消费类 和通讯将占大头,2022-2028 年市场规模增速分别为 50%和 32%。
先进封装可分为封装的结构(package)和具体的“工艺”。先进封装的结构有晶圆 级封装(WLP),芯片级封装(CSP),多芯组装(MCM),系统级封装(SiP),三维立体封装 (2.5D/3D),系统级单芯片(SoC),微电子机械系统封装(MEMS)。先进封装的“工艺” 包括倒装芯片技术(FC),凸块制作技术(Bumping),硅通孔技术(TSV),扇出型集成电路 封装(Fan-out),扇进型集成电路封装(Fan-in),其中 FC 是与传统打线对应的先进封装概 念,而 bumping 则是 FC 的核心前道环节。
2.5D/3D 封装是封装技术路线的又一次革新,对传统封装技术下使用的 TSV、凸块、 键合技术等各环节技术路线都提出了更高的要求:TSV 是 2.5D/3D 封装的关键工艺之 一,常见的 2.5D 封装技术在硅中介层制作 TSV 集成,而 3D 封装则要在芯片内直接制 作 TSV,制作工艺更为复杂且难度极高;与此同时,随着凸块的尺寸也不断缩小,微凸 块、混合键合等新的技术方案也在不断推出。
Chiplet 带来全新产业机遇。后摩尔时代,通过提升芯片制程来提高芯片性能的难 度越来越高,先进封装发挥的作用将愈加突出,Chiplet 技术应运而生。Chiplet 意为芯 粒,通过将系统级芯片 SoC 按照不同功能拆分为不同大小和性能的小芯片。不同的模 块,比如 CPU、存储器、模拟接口等,可以采用不同的工艺分别进行生产。因此,Chiplet 模式具有开发周期短、设计灵活性强、设计成本低等特点。大面积矩形 SoC 芯片在 12 英寸晶圆上进行封装,造成晶圆边缘面积大量浪费,封装效率降低、单颗芯片封装成本 提高,无法满足 Chiplet 发展的更高要求。Chiplet 可以通过 MCM、InFO、CoWoS、EMIB 等多项封装技术实现,核心技术主要由台积电、日月光、英特尔等全球半导体龙头厂商 主导,横跨 2D 至 3D 等多个级别的封装技术。不同方案具备不同的封装难度、成本和 性能,可以满足下游客户不同偏好的需求。
Chiplet 市场规模 2035 年有望达到 570 亿美元。根据 Omdia 的数据,Chiplet 的市 场规模在 2018 年仅有 6.45 亿美元,2024 年预计可以达到 58 亿美元,2018-2024 年复合 增速约为 44%;同时 Omdia 预计 Chiplet 市场规模在 2035 年有望达到 570 亿美元,2024- 2035 年复合增速约为 23%。
统一标准确立帮助解决互联标准难题:UCIe 定义 Chiplet 国际标准。2022 年 3 月 包括英特尔、台积电、三星、高通在内的十大软硬件科技巨头联合成立 Chiplet 标准联 盟,推出了 Chiplet 高速互联标准“UniversalChipletInterconnectExpress”。统一的标准有利 于行业交流,提升芯片开发效率,降低芯片研发和制作成本。目前该联盟董事会成员包括初创的十家公司以及阿里巴巴。包括通富微电、芯原股份、摩尔精英、灿芯、芯动科 技等多家中国半导体企业也陆续加入了 UCIe 联盟。 Chiplet 国产标准推出,国内外生态共建。2022 年 12 月,中科院计算所牵头的中国 计算机互连技术联盟——CCITA 制定的《小芯片接口总线技术要求》正式通过工信部的 审定并发布,成为中国首个原生 Chiplet 技术标准。该标准描述了 CPU、GPU、人工智 能芯片、网络处理器和网络交换芯片等应用场景的技术要求,包括总体概述、接口要求、 链路层、适配层、物理层和封装要求等。小芯片标准更偏重本土化需求,和 UCIe 不是 竞争关系,CCITA 已经在考虑和 IntelUCIe 在物理层上兼容,以降低 IP 厂商支持多种 Chiplet 标准的成本。
Chiplet 在保证性能前提下帮助产品降本增效。Chiplet 方案需要大规模量产和芯片 复用来降低成本。在 14nm 的制程中,量产数量达到 1000 万时 MCM 方案成本将低于 SoC 方案;在 5nm 制程中,量产数量达到 200 万时 MCM 方案成本将低于 SoC 方案。 以 AMDZen1 为例,AMD 将 Zen1 分成 4 个独立模块并重新拼接,在面积只增加 10%的 情况下,降低了 40%的量产成本。伴随着 AMDZen 系列的成功上市,Chiplet 在降本增 效方面的优势也得到了充分的证明。同时 Chiplet 通过堆叠和互联扩大芯片面积提高性 能,减少单颗算力芯片面积提高良率,芯粒化成熟芯片降低研发成本,通常可以节省 1- 3 年时间 SoC 研发时间,加快上市的周期。这几年 AMD 能一年做好几款产品,就是从 chiplet 技术获益。导致 Chiplet 先进封测技术成为 AMD,Nvdia 主流产品形态的方式。 2020 年的国际固态电路峰会(ISSCC)上,AMD 发布了基于 Zen2 的服务器产品的 多种 Chiplet 策略,只要三种 die 即可以创建产品,Chiplet 在 AMD 服务器芯片上的应用 正式打开市场局面。
2023 年 1 月,CES2023 展会上,AMD 披露了面向下一代数据中心的 APU 加速卡 产品 InstinctMI300。这颗芯片将 CPU、GPU 和内存全部封装为一体,从而大幅缩短了 DDR 内存行程和 CPU-GPUPCIe 行程,从而大幅提高了其性能和效率。这款加速卡采用 Chiplet 设计,拥有 13 个小芯片,基于 3D 堆叠,包括 24 个 Zen4CPU 内核,同时融合 了 CDNA3 和 8 个 HBM3 显存堆栈,集成了 5nm 和 6nmIP,总共包含 128GBHBM3 显 存和 1460 亿晶体管。2023 年 6 月,AMD 在此次会议上推出了相较上一代 MI300A 算力更加强大的 MI300X 芯片,其 HBM 容量及显存带宽,分别是 H100 的 2.4 倍 及 1.6 倍;由于 HBM 容量大幅提升,单颗 MI300X 芯片可以运行 800 亿参数模 型。龙头公司在 Chiplet 上的成功经验和应用有望打开整个行业的成长空间。
4.2. 代工巨头发力先进封装
4.2.1. 台积电 CoWoS 成熟技术供不应求
2011 年,CoWoS 的技术负责人余振华带来了第一个产品——CoWoS(2.5D),由于 缺少订单,开发出了廉价版的 INFO 技术,随着 AI 芯片的热潮,CoWoS 于 2017 年首次 扩产。2018 年,台积电公布了最新的 SoIC 多芯片 3D 堆叠技术。 2020 年,台积电宣布将其 2.5D 和 3D 封装产品合并为一个全面的品牌 3DFabric, 进一步将制程工艺和封装技术深度整合,以加强竞争力。3DFabric 平台由 SoIC(系统整 合芯片)、InFO(整合型扇出封装技术)、CoWoS(基板上芯片封装)所组成,提供业界最完 整且最多用途的解决方案,用于整合逻辑小芯片技术(Chiplet)、HBM、特殊制程芯片, 实现更多创新产品设计。
AI 服务器需求增速增长下,台积电的 CoWoS 封装供不应求。全球市场研究机构 TrendForce 集邦咨询今年 6 月调查显示,在高端 AI 芯片及 HBM 强烈需求下,TSMC 于 2023 年底 CoWoS 月产能有望达 12K,其中,NVIDIA 在 A100 及 H100 等相关 AIServer 需求带动下,对 CoWoS 产能需求较年初提升近 5 成,加上 AMD、Google 等高端 AI 芯 片需求成长下,将使下半年 CoWoS 产能较为紧迫,而此强劲需求将延续至 2024 年。凯 基投顾进一步预测,台积电 CoWoS 月产能 2024 年中达 1.6 万片,至 2024 年底将达 2 万 片。据估计,英伟达今年对 CoWoS 的需求已从今年初预估的 3 万片晶圆大幅成长 50% 到 4.5 万片,占到了台积电 11.4 万片年产能的近 40%。
7 月 25 日台积电表示将于苗栗铜锣科学园区设立先进封装的晶圆厂,预计投资 900 亿新台币,加大 CoWoS 先进封装技术布局。

4.2.2. 英特尔四步路线
2018 年英特尔推出突破性的 EMIB 封装技术。EMIB 是一种高密度的 2D 平面式封 装技术,可以将不同类型、不同工艺的芯片 IP 灵活地组合在一起,类似一个松散的 SoC。 同年英特尔展示了名为“Foveros”的全新 3D 封装技术。首次为处理器引入了 3D 堆叠 式设计,是大幅提升多核心、异构集成芯片的关键技术。2021 年英特尔公布了四步路线 图,除了 EMIB 和 Foveros 外新推出 FoverosOmni 和 FoverosDirect。FoverosOmni 允许 芯片分离,在混合晶片节点上将多个顶芯片块和多个基块混合在一起,预计于 2023 年 实现批量制造。FoverosDirect 将实现 10 微米以下的凸点间距,提高了 3D 堆栈的互连密 度,FoverosDirect 是 FoverosOmni 的补充,预计也在 2023 年就绪。
2023 年 5 月,英特尔在先进封装主题研讨会上,透露了将传统基板转为更为先进的 玻璃基板的计划。玻璃载板具有平坦的表面并且可以做得很薄,与 ABF 塑料相比,其 厚度可以减少一半左右,减薄可以提高信号传输速度和功率效率。随着三维(3D)封装的 普及,厚度是一个更受关注的因素。通过垂直堆叠半导体来提高性能,其关键是减小基 板的厚度。这是为了最小化芯片所占用的空间。英特尔有望通过玻璃载板改进 3D 封装 结构。
4.2.3. 三星全面布局加速追赶
三星电子先后在 2018 年开始了 I-Cube(2.5D),2020 年开始了 X-Cube(3D)等堆 叠封装技术的创新。之后,三星计划在 2024 年量产可处理比普通凸块更多数据的 XCube(u-Bump)封装技术,并预计 2026 年推出可处理比 X-Cube(u-Bump)更多数据的无 凸块型封装技术。2022 年 12 月,在半导体业务部门内成立了先进封装(AVP)业务团 队,以加强先进封装技术,并在各业务部门之间创造协同效应。 三星电子是世界上唯一一家从事存储芯片、逻辑芯片代工和封装业务的公司,以这 些优势,并通过其异构集成技术,三星可提供有竞争力的 2.5D 和 3D 封装,利用 EUV (极紫外光刻)将出色的逻辑半导体与高性能的内存半导体如 HBM(高带宽存储)结 合起来。
三星晶圆代工论坛上,三星代工业务负责人 SiyoungChoi 宣布与内存、基板封装、 测试等领域的合作伙伴成立“MDI(多芯片集成)联盟”,构建 2.5D 和 3D 异构集成的 封装技术生态,基于联盟和生态合作,三星将为下游客户提供一站式服务,并通过定制化的封装方案开发,满足高性能计算和汽车等领域的需求。
4.2.4. 其他厂商争相布局
此外,其他晶圆代工厂商也在相应布局。联电以新台币 3.85 亿元向西门子 EDA 取 得研发生产软件,将具备 2.5D、3DIC 与扇出型晶圆级封装能力,以满足客户先进封装 的需求。2019 年,格芯放弃研发更先进的制程后,宣布采用 12nmFinFET 工艺,成功流 片了基于 ARM 架构的高性能 3D 封装芯片,意味着格芯亦投身于 3D 封装领域。早在 2014 年,中芯国际就与长电科技合资成立中芯长电,是全球首家采用集成电路前段芯片 制造体系和标准,采用独立专业代工模式服务全球客户的中段硅片制造企业。中芯长电 以先进的凸块和再布线加工起步,致力于提供中段硅片制造和测试服务,并进一步发展 先进的三维系统集成芯片业务。 大陆龙头封测厂长电科技、通富微电和华天科技均成功研发了晶圆凸点工艺 (Bumping)、晶圆重布线技术(RDL)、扇入式封装(Fan-in)、扇出式封装(Fan-out)、 硅穿孔技术(TSV)等晶圆级封装技术,并实现了部分晶圆级封装产品的量产。甬矽电 子成立时间较短,仅进行了部分晶圆级封装技术的基础研发和工艺论证工作,尚不具备 晶圆级封装产品的量产能力。
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