先进封装:超越摩尔定律,助力芯片性能突破“后摩尔时代”芯片特征尺寸已接近物理尺寸极限,通过先进封装提升芯片整体性能或成为趋势。先进封装具有小型化、轻薄化、高密度、低功耗、功能集成的优势,可广泛应用于 AI、高性能计算、数据中心等新兴领域。
先进封装包括四个关键要素:凸块(Bump)、晶圆(Wafer)、重布线层(RDL)和硅通孔(TSV)技术: Bump联通芯片与外部的电路,并能缓解应力;Wafer 充当集成电路的载体;RDL 连通XY 平面的上电路;TSV 则贯通 z 轴方向上的电路。
CoWoS 和 HBM:相辅相成,AI 芯片的绝佳拍档
1)CoWoS:AI 时代的先进封装版本答案。算力需求随大模型推出爆炸式提升,GPU 等 AI 芯片深度受益。搭载硅中介层的 CoWoS 封装性能优异,适用于高性能计算领域,目前已演进五代,不断增加其中介层面积以及内存容量(HBM)。随CoWoS 封装供不应求,台积电不断上修产能预计,2024 年底或达到月产 4 万片。三星和英特尔已完成 2.5D/3D 封装布局,传统封测大厂加速进入 CoWoS 工艺段。
2)HBM:AI 芯片的最佳显存方案。HBM 堆叠多层 DRAM 提升内存容量和带宽,打破内存墙限制,满足 AI 高性能动态存储需求。SK 海力士官网、三星和美光竞争愈演愈烈,HBM 向更大容量和更高带宽迭代,2024 年下半年 HBM3e 预计将集中出货。随 AI 服务器出货暴涨以及 GPU 芯片的 HBM 用量提升,HBM 需求高增。
TrendForce 预测,2024 年 HBM 需求增长率接近 200%,2025 年可望将再翻倍。
本土先进封装产业链:厚积薄发、加速成长
1)刻不容缓:海外高性能芯片管制加强,AI 芯片自主可控大势所趋。美国对高性能芯片出口限制不断加强,英伟达先进 GPU 芯片供应受阻。中国智能算力市场需求旺盛,2018-2023 年数据中心机架数量 CAGR 达 30%,发展 AI 芯片自主可控为大势所趋,国产 AI 芯片亟待突破放量。此外,集成工艺可助力芯片跨越 1-2 个制程工艺节点,在高端光刻机封禁下先进封装有望助力“弯道超车”。
2)提前布局:国产封测大厂打开成长空间。以长电科技、通富微电、华天科技等为代表的国内封测龙头深耕先进封装工艺,积极布局海外业务,现已具备较强的市场竞争力。此外国产 HBM 稳步推进,据 Trendforce 报道,国内存储厂商武汉新芯(XMC)和长鑫存储(CXMT)正处于 HBM 制造的早期阶段,目标 2026 年量产。
3)未来可期:本土相关设备/材料有望受益。先进封装工艺升级,对封装设备的精度和用量提出更高要求,相关材料深度受益。设备方面建议关注:新益昌(固晶机)、华海清科(减薄机)、光力科技(划片机)、拓荆科技(混合键合机);材料方面建议关注:鼎龙股份(PSPI)、飞凯材料(临时键合胶)、艾森股份(电镀液)、华海诚科(环氧塑封材料)。
风险提示: 中美贸易摩擦带来的供应链风险、宏观经济变化及行业景气度不及预期、行业政策变化。
内容目录
1. 先进封装:超越摩尔定律,助力芯片性能突破 .......... 6
1.1. 半导体封装所属集成电路后道工艺,封装工艺持续优化提升 .......... 6
1.2. 四大要素助力先进封装提质增效、系统集成 .......... 9
1.2.1. 倒装(Flip Chip)与凸块(Bump) .......... 11
1.2.2. RDL(重布线层) .......... 12
1.2.3. WLP(晶圆级封装) .......... 13
1.2.4. 2.5D/3D 封装与 TSV 技术.......... 14
2. CoWoS 和 HBM:相辅相成,AI 芯片的绝佳搭档 .......... 16
2.1. CoWoS:AI 时代的先进封装版本答案 .......... 16
2.1.1. AI GPU 强需求,先进封装进入算力时代大赛道 .......... 16
2.1.2. 台积电 CoWoS 性能优异,AI 芯片应用匹配度高 .......... 17
2.1.1. CoWoS 供不应求,传统封装大厂加速入局相关工艺端 .......... 21
2.2. HBM:AI 芯片的最佳显存方案,市场需求高涨 .......... 22
2.2.1. HBM 缓解内存墙问题,满足 AI 高性能动态存储需求.......... 22
2.2.2. 从 HBM1 到 HBM3E 性能倍增,三大厂竞争亦越演愈烈 .......... 24
2.2.3. HBM 单位价格远高于传统存储器,AI 服务器需求猛增有望拉动出货 .......... 26
3. 本土先进封装产业链:厚积薄发、加速成长 .......... 29
3.1. 刻不容缓:海外高性能芯片管制加强,AI 芯片自主可控大势所趋 .......... 29
3.2. 提前布局:国产封装大厂打开成长空间 .......... 32
3.3. 未来可期:本土先进封装相关设备/材料有望受益 .......... 34
3.3.1. 先进封装工艺流程提出更高要求 .......... 34
3.3.2. 建议关注配套设备国产厂商: .......... 38
4. 建议关注 .......... 45
5. 风险提示 .......... 45

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