第一创业-行业研究-把握中国半导体封装业在国际竞争中“弯道超车”的历史机遇

第一创业证券股份有限公司FirstCapitalSecuritiesCorporationLimited研究报告本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读本页免责条款部分[Table_Summary]摘要：详细介绍了传统与先进半导体封装相关工艺和技术进展：半导体封装的本质在于互联技术的发展；先进国家占据传统半导体封装设备与材料供应商主流；先进半导体封装技术已在全球及大陆蔚然兴起；后摩尔定律时代下的3D封装技术将以TSV作为主要互联技术。中国半导体封装业在国际竞争中迎来“弯道超车”历史机遇：封装环节在半导体设计、制造和封装三业中地位升高；我国半导体封装业相比IC设计和制造最接近国际先进水平；06年开始实施的“02”重大科技专项极大支持了我国半导体封装业并将产生积极深远的影响；国产设备与材料开始逐渐进口替代，在先进半导体封装领域具有相对“后发优势”；先进封装技术的广泛应用将改变半导体产业竞争格局，我国半导体封装业在“天时、地利、人和”有利环境下有望在国际竞争中实现“弯道超车”。强烈推荐长电科技、华天科技、通富微电、上海新阳长电科技、华天科技、通富微电作为我国三大内资封装厂，在国家“02”重大科技专项资金、设备、材料及应用全方位支持下，竞争力不断提升，领军中国半导体封装业迎来在国际竞争中“弯道超车”的历史机遇；上海新阳作为半导体封装业材料与设备的内资厂商，进口替代趋势明显。[Table_Main][Table_Author]把握中国半导体封装业在国际竞争中“弯道超车”的历史机遇2012年4月12日评级：推荐（首次评级）半导体封装行业行业深度报告[Table_Contactor]联系人电话：邮件：[Table_IndustryData]行业主要数据上市公司家数19总市值（亿元）788.62流通A股市值（亿元）605.66[Table_QuotePic]半导体Ⅱ行业与沪深300指数比较-0.49-0.39-0.29-0.19-0.0904/1106/1108/1110/1112/1102/12半导体Ⅱ沪深300[Table_Doc]相关报告2011.12.05《上海新阳-掌握电子化学品“炼丹术”,进军半导体产业价值链上游》1半导体封装行业正在向技术密集型转移升级1.1半导体封装概述1.1.1传统半导体行业产业链循环模式传统半导体行业的产业链循环模式可简要概括为：半导体设计公司根据市场对电子产品的需求而进行芯片设计与开发，经仿真测试等合格后交由晶圆制造厂进行前道晶圆生产，然后交由专业半导体封装公司将晶圆切割成独立芯片后进行封装，测试通过后最后交由下游电子产品制造公司，最后交付给消费者。图1、传统半导体产业链循环模式资料来源：公开资料，第一创业证券研究所传统的半导体行业在芯片制造封装环节尤其是封装环节较少涉及到前端半导体设计，所以主要是上下游产业链的单向循环模式。后冷战时代的瓦圣那协议限制了美英等发达国家向中国出售先进晶圆制造设备使得我国晶圆制造制程一直处于落后世界最先进制程2代以上。而传统半导体封装环节技术要求相对最低，且对一线的设备维护工程师和操作工需求最大，因此半导体封装环节是近年来我国承接国际半导体产业转移的主要部分。1995年之前国内半导体封装行业主体一直由无锡华晶、华越、首钢NEC等晶圆制造企业内部的封测线和江苏长电、南通富士通、华天科技等国内独立封测企业组成。但1995年以来，随着Freescale、Intel、ST、Renesas、Spansion、Infineon、Sansumg、Fairchild、NS等众多国际大型半导体企业来华建立封装测试基地，国内封装测试行业的产量和销售额大幅增长，外资企业也开始成为封装测试业行的主要力量。到2007年国内集成电路总封装能力超过500亿块，其产值占到半导体整体产值的半壁江山。图2、2007年中国集成电路产业产值结构资料来源：CSIA，第一创业证券研究所1.1.2传统半导体封装工艺半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片模块的过程。其传统封装方式是将上游晶圆厂产出的晶圆经切割后再分立封装的过程。图3、传统半导体封装制造产业链资料来源：公开资料，第一创业证券研究所以QFP（四面扁平封装）为例其过程为：晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片，然后用胶水贴装到相应的引线框架的小岛上，再利用超细的金属导线将晶片的接合焊盘连接到框架的相应引脚；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后还要进行电镀，成品测试OK后进入包装等工序，最后出货。图4、QFP封装工艺QFP封装结构QFP封装工艺流程资料来源：公开资料，第一创业证券研究所1.1.3半导体封装的本质是互联技术半导体封装的作用本质是将芯片上的IO接口电极互联到承载整个系统上的PCB板上，其核心在于互联技术。长久以来，引线键合在半导体封装内部互联方式中占据主导地位。如今倒装芯片技术正在逐步取代引线键合的位置。倒装芯片的基本概念就是将芯片连接点位置放上导电的凸点，然后将该面翻转，有源面直接与电路相连接。倒装芯片避免了多余的封装工艺，同时得到像缩小尺寸、可高频运行、低寄生效应和高I/O密度的优点。对于外部互联方式，即半导体封装到PCB板上的连接方式，为了满足半导体芯片I/O数量的不断增长，开发出了采用有机基板的球栅阵列BGA封装形式，其I/O数量最高可达3000个。图5、半导体封装基本互联方式半导体封装形式内部互联方式外部互联方式引线键合外引线连接引线键合焊锡球连接焊球倒装连接焊锡球连接焊球倒装连接和TSV硅通孔连接焊锡球连接资料来源：公开资料，第一创业证券研究所1.1.4国内三大封装厂发展历史国内三大封装厂长电科技、通富微电和华天科技都是当地地方半导体分立器件封装厂逐渐发展改制而建立成长起来。表1、国内三大封装厂来由资料来源：公司公告、公开资料、第一创业证券研究所2000年，国发18号文《关于鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》继续的激发了国际集成电路产业向中国大陆的转移。由于半导体产业的全球性产业特征以及开始从IDM向专业化发展，国内三大封装厂逐渐进入国际大厂的封装外包环节，成为主要的封装代工厂。上世纪70-80年代国内长电科技等三大封装厂主要是以TO、SOP、DIP等简单封装形式为主，其特点是生产线劳动力需求量大，为劳动密集型企业。到了80-90年代，随着消费电子芯片设计复杂度提高以及对封装外形要求轻薄短小的发展趋势，T/LQFP、QFN、BGA等占据集成电路封装的主流形式。而到了21世纪之后，各种芯片尺寸封装、晶圆级封装及3D封装形式百花齐放，成为半导体产业中最具创新应用的环节。图6、国内三大封装厂发展历史资料来源：公司公告，公开资料、第一创业证券研究所上市公司长电科技通富微电华天科技公司前身江阴晶体管厂南通晶体管厂国营第七四九厂成立年份197219661969上市时间2003.062007.082007.111.1.5推动半导体技术的核心驱动因素：性能or成本？消费电子领域一直以来是推动半导体产业不断投资升级的主要需求领域。而消费电子产品不断推陈出新的的驱动因素主要是更好的性能。现代信息社会信息量的爆炸成长，手机及其它消费电子功能不断多元化，以及消费者对电子产品轻薄短小的追求趋势，是拉动半导体技术不断沿着摩尔定律演进的主要动力。图7、更高性能的追求是驱动电子产品升级换代的动力资料来源：公开资料、第一创业证券研究所新产品沦为成熟产品后将是成本的竞争。2012年2月27号尔必达（Elpida）无预警宣布申请破产保护，震惊了低迷甚久的DRAM产业。这家全球第三大动态半导体内存（DRAM）企业申请破产保护时，以约合55亿美元的高额负债创下了日本制造企业破产规模之最。图8、半导体产品生命周期资料来源：公开资料，第一创业证券研究所伴随于台式及笔记本型电脑的成长逐渐进入成熟期，DRAM这种成熟产品的竞争力主要体现在成本竞争之上。一方面，要求前道晶圆制造不断由45nm制程逐渐推进到28nm制程，另外后道DRAM封装也要对主要封装原材料和运营进行成本优化。在成本降低优化方面，无疑韩国企业两大巨头三星Samsung和海力士Hynix走在了前面。两大巨头均利用中国大陆较为低廉的人工、用地、就近销售优势在大陆设厂布局。随着DRAM市场的成熟和价格竞争愈演愈烈的背景下，尔必达终究抵抗不过以韩资企业为代表的成本竞争。表2、全球前5大DRAM厂在大陆布局情况全球产量前5名韩国三星韩国海力士美国美光日本尔必达台湾南亚2011年4Q市占率43.2%23.7%12.1%11.9%3.50%中国大陆建厂1994年苏州2004年无锡2007年西安无无资料来源：公开资料、第一创业证券研究所DRAM产业的特点是产量很大但封装种类单一。DDR3主要采用以倒装焊球连接为主的BOC封装结构。因此如何在降低封装材料成本以及降低封装运营成本上做足功夫，才能在惨烈的DRAM产品价格下降浪潮里立于不败之地。图9、2GDDR3价格走势资料来源：IHS，第一创业证券研究所1.2传统半导体封装设备与材料概述1.2.1半导体封装设备与材料的地位长期以来，我国在半导体封装业以及晶圆制造业中产值占比稳步上升并达到一定规模，但主要以提供价值占比不高的人力、土地、水电等方式进行规模投入，而占据价值高端的高端半导体制造设备以及原材料大部分为国外厂商所掌握和提供。图10、传统半导体后道封装制造成本构成资料来源：公开资料，第一创业证券研究所表3、传统半导体封装工艺设备与材料主要供应商资料来源：公开资料、第一创业证券研究所工序设备主要设备厂家封装材料主要材料厂家减薄减薄机ACCRETECH（日）、Disco（日）//划片划片机Disco（日）、ASM(港）//贴片贴片机ASM(荷兰）、Shinkawa(日）、Besi(荷兰）引线框架ASM（港）、Shinko（日）、LG（韩）有机基板Shinko（日）、Ibiden（日）、Samsung（韩）银浆环氧物Henkel（德）、Sumitomo（日）键合键合机K&S(美)、Shinkawa(日）、ASM（港）金丝、铜丝K&S(美)、Heraeus(德）、Sumitomo(日）注塑注塑机ASM(港）、Besi(荷兰）、DAIICHI（日）塑封环氧物Sumitomo（日）、Henkel(德）、Nitto（日）电镀电镀线MECO（荷兰）、Technic（美）、AEM（新）、上海新阳（中）电镀液ROHMHAAS（美）、ISK（日）、安美特（德）、上海新阳（中）成型成型机ASM(港）、Besi(荷兰）、HANMI（韩）//1.2.2传统半导体封装工艺概述晶圆减薄打磨：是为了将晶圆减薄到所需要的厚度，而对晶圆背面进行见薄打磨的工艺。为应对MCP多芯片叠装的要求，晶圆打磨厚度向更薄化发展。当前超薄晶减薄打磨到50um以下甚至30um。图11、晶圆减薄打磨工艺东京精密PG300RM30um厚度晶圆资料来源：公开资料、第一创业证券研究所晶圆划片：是将减薄后的晶圆用有机膜粘贴处理后，用特制金刚石刀片在划片机上将其划片切割的过程。近年来随着晶圆薄化和晶圆Low-K制造工艺的广泛应用，采用激光来代替刀片的切割方式开始在某些场合占据主角。图12、减薄后晶圆切割工艺Disco划片机金刚石刀片正在切割中的晶圆资料来源：公开资料、第一创业证券研究所芯片贴片：是将切割后的芯片由贴片机拾取出来，用粘性胶水一般是含银的环氧化合物粘接到封装基板上的过程。粘结剂会在热和力的作用下逐渐固化，使得芯片在封装基板上牢固粘结。随着MCP多层芯片、SIP系统级封装等先进封装的兴起，对贴片机芯片上芯片贴装的功能和精度要求在提高。图13、芯片贴片工艺引线框架封装基板有机封装基板Shinkawa贴片机Henkel粘结胶资料来源：公开资料、第一创业证券研究所芯片键合：用金丝或铜丝等将半导体芯片上的电极与封装载体外部引脚相连接的工艺，即完成芯片与封装外引脚间的电流通路。当前90%以上的半导体引线键合封装技术采用热超声金丝球焊工艺，即利用加热温度和超生能量使被