《有机封装基板产业调研报告》-中半协封装分会

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《有机封装基板产业调研报告》

调研组长单位:清华大学

成员单位:深南电路股份有限公司、 安捷利实业有限公司

1

前 言

集成电路封装基板又可称为IC封装基板(ICPackageSubstrate)、IC封装载板、IC封装衬底等,是集成电路芯片的载体,也是高密度封装的关键材料之一,在封装中起到对芯片的支撑、散热、保护、电源分配以及电信号传输等作用。有机封装基板由于具有介电常数低、质量密度低、加工工艺简单、生产效率高和成本低等优点,是目前市场占有率最高的基板类型。

有机封装基板是在传统印制电路板(PCB)的制造原理和工艺的基础上发展而来的。由于封装基板的尺寸更小、电气结构更复杂,其制造难度远高于普通PCB。根据不同的物理特性和应用领域,有机基板可以分为刚性有机封装基板和柔性有机封装基板。

有机封装基板的成本在芯片封装中占有较高的比重,其中属于中低端的引线键合类基板在其封装总成本中占比约为40%~50%,而高端倒装芯片类基板的成本占比则可高达70%~80%。随着封装技术的发展,封装基板在推动集成电路封装产业进步的过程中所起到的作用就越发重要。本报告主要针对有机封装基板的产业状况进行调研,并对其技术及市场发展趋势做出分析。

2

国内有机封装基板产业状况

2.1

国内产业分布

国内有机封装基板产业起步较晚,在2009年之后才实现了封装基板产业化的突破。目前由于国内芯片设计及其封装仍处于中低端,引线框架封装相对占比较高,国内封装基板占封装材料比重远低于全球市场。加之在关键原材料、设备及工艺等方面的差距,内资企业在技术水平、工艺能力以及市场占有率上仍然处于落后地位。

据中国电子电路行业协会统计,2019年中国印制电路板产业产值为2274.99亿元,其中封装基板产值74.92亿元,同比增长18.59%,占总产值的3.29%。2019年内资企业封装基板销售额超过30亿元,全球占比约5%,市场需求呈高增长趋势。目前,内资企业量产产品主要是应用于引线键合类封装的中低端基板产品,而应用于倒装芯片封装的高性能多层基板产品仍然处于研发阶段,与国际先进水平存在差距。高端有机基板技术从工艺、材料、设备等几乎均被国外企业所垄断,内资企业技术力量薄弱、客户资源缺乏,对高端封装基板的研发投入较少。

出于市场以及劳动力成本的考虑,国际半导体制造商以及封装测试代工企业纷纷将其封装产能转移至中国。中国大陆市场的主要外资企业是三家台湾企业和一家奥地利公司:台湾UMTC(欣兴电子)、Kinsus(景硕)、和南亚电路板在苏州和昆山设有IC封装基板工厂,AT&S(奥特斯)在重庆设有IC封装基板项目,外资企业产值约占国内有机封装基板市场的60%以上,但是高端封装基板的制造还没有在中国大陆大规模生产。

率先介入封装基板行业的内资企业主要有:深南电路股份有限公司(简称深南电路)、安捷利实业有限公司(简称安捷利)、珠海越亚封装基板技术股份有限公司(简称珠海越亚)、兴森快捷电路科技股份有限公司(简称兴森快捷)、深圳丹邦科技股份有限公司(简称深圳丹邦)等。一些印制电路板制造商也在陆续关注和进入封装基板领域,分别在深圳、无锡、珠海、南通等地设厂或投资新项目。

2.2

主要内资企业介绍

发展我国高科技有机IC封装及其封装基板,已经受到多方的关注,以深南电路、安捷利等为代表的封装基板企业在高密度有机封装基板的技术开发与产业化项目中持续投入,加大自主知识产权申请和国家行业相关标准的制定,并取得了一定突破。部分技术和产品达到国内领先水平和国际先进水平,打破了国外巨头厂商的垄断,填补了国内封装基板产业的空白,并形成了一定的市场规模。表 1是封装基板国内主要制造商的基本情况。

2.3

市场分析

国际知名芯片制造商和封测企业在国内积极布局、投资设厂以扩大产能,直接拉动了中国半导体封装产业规模的迅速扩大。中国芯片制造规模的不断扩大,以及快速成长的终端电子应用市场,也极大地推动了中国半导体封装产业的成长。在国家科技重大专项的支持下,以长电科技、安捷利、通富微电、华天科技等先进封装企业为代表的国内封装业也在大力发展以封装基板为基础的封装材料、多叠层、多芯片系统级集成封装技术和三维封装技术,这将进一步带动国内封测产业链的快速发展。因此,我国的高端封装基板市场潜力巨大,有机封装基板国产化进程显得尤为重要。

2.4

技术路线图

随着封装技术的迅速发展,半导体封装器件所要求实现的小型化、微型化、多功能化、高频高速、高性能以及低成本等特点,越来越转向由封装基板来承担。为了适应先进封装发展的需求,有机封装基板要在提高布线密度、降低厚度、提高机械/传热/电学性能等方面不断改进和优化。

通常认为倒装芯片基板的技术指标可以代表有机封装基板的工艺水平。在刚性封装基板领域,南亚科技采用ABF积层结构的倒装芯片基板技术路线图如表 2所示,基板的层数将超过22层,单颗基板的面积进一步增大到100 mm×100 mm以增加I/O数,芯板厚度降低到150 mm以降低封装高度,采用激光钻孔使通孔的孔径/减小到80 mm、盲孔的孔径达到55 mm,盲孔达到6层堆叠集成度更高,干膜工艺使线宽/线距达到8 mm /8 mm,阻焊层厚度降低至10 mm,凸点节距减小90 mm。以上的技术指标都是朝着实现高性能、高密度、薄型化封装产品的方向发展。

国内的基板供应商倒装芯片封装基板的技术路线图如表 3所示。可见,国内企业虽然仍与先进水平存在差距,但已经具备了基板加工工艺能力,并正在向领先技术靠近。

在柔性封装基板的领域,安捷利采用半加成法工艺路线图如表 4所示,制备出最小线宽/线距8 μm/8 μm,最小孔径达10 μm高密度柔性封装基板产品,该指标同国内外同类产品技术指标相比,达到国内领先水平和国际先进水平。

2.5

领军企业年度发展

近年来,受益于国家政策大力支持和国内庞大的市场需求,国内半导体产业进入发展快轨,封装基板作为半导体封装产业链的关键材料国产替代需求强劲。2019年,部分国内基板企业取得了快速发展。

深南电路是国内刚性封装基板领域的领军企业,专注于电子互联领域,致力于“打造世界级电子电路技术与解决方案的集成商”,拥有印制电路板、封装基板及电子装联三项业务,形成了业界独特的“3-In-One”业务布局。目前已形成具有自主知识产权的封装基板生产技术和工艺,建立了适应集成电路领域的运营体系,并成为紫光展锐、日月光、安靠科技、矽品、歌尔声学、瑞声声学、长电科技、华天科技等全球领先的IC设计、封测及器件厂商的长期合作伙伴。在部分细分市场上拥有领先的竞争优势。例如,公司在硅麦克风微机电封装基板领域,技术全球领先,产品大量应用于苹果和三星等智能手机中,全球市场占有率超过30%。射频模组封装基板大量应用于 3G、4G手机射频模块封装;应用于嵌入式存储芯片的高端存储芯片封装基板已大规模量产;在处理器芯片封装基板方面,倒装封装(FC-CSP)基板已具备量产能力。公司对封装基板积极扩产,引领国内基板替代进口产品的浪潮。面向存储类封装基板产品的无锡基板工厂于2019年6月顺利连线试产,目前处于产能爬坡阶段。2019年,封装基板业务实现营业收入11.64亿元,同比增长22.94%,占公司营业总收入的11.06%。公司研发投入达5.37亿元,同比增长54.77%,占公司营业总收入比例5.10%,主要投向下一代通信印制电路板、存储封装基板,主要面向高密度、高集成、高速高频、高散热、小型化等重点领域。公司已获授权专利455项,其中发明专利357项、国际PCT专利22项,专利授权数量位居行业前列。

安捷利作为国内最早的柔性电路板和柔性封装基板制造企业,致力于构建为客户提供包括“柔性印制电路板—柔性封装基板—模组组装”设计与制造的一站式服务体系,产品业务涉及高密度柔性印制电路板制造、软硬结合板制造、封装基板制造以及电子表面贴装模组组装业务,在广州、苏州建立了2个生产基地。公司客户涵盖通信、计算机、金融IC卡、汽车电子、消费电子、医疗设备以及航空航天等多个领域,形成以国内外大型电子信息类企业为主的客户群,与众多国内外主流电子信息企业形成了密切的合作关系。产品广泛应用于Finisar、华为、歌尔声学、舜宇光学、丘钛科技、欧菲光、Freescale、TCL、三星、Avago、TriQuint等公司的主打产品中,获得了客户的广泛认可。此外,通过股权合作的方式,使安捷利产品成功切入苹果和特斯拉产业链,带来新的发展机遇。同时,为迎接新一代5G产业的发展,安捷利成功研制了应用于5G的LCP柔性封装基板,为5G产业的商用提供了必要的材料保障,填补了国内空白。2019年,柔性封装基板业务的强劲增长,销售额达到3.9亿元人民币,同比增长39.28%,进一步夯实了其在柔性封装基板产业的领先优势。

兴森科技于2012年进军封装基板行业,成为国内最早进入这一领域的厂商。经过几年的积累,公司逐渐掌握了封装基板工艺中的关键技术,不断实现客户、技术和工艺能力等方面的突破,封装基板良率、产能利用率等核心指标不断好转。2019年封装基板业务销售收入实现2.97亿元,同比增长26.04%,占公司营业总收入的7.82%。2019年度公司研发投入1.98亿元,占公司营业总收入比例5.2%,主要针对5G天线无源互调控制技术、高频高速信号完整性控制技术、涨缩大数据分析与预测等多个技术领域进行了系统研究和攻克。其中,重点开发的埋线路(ETS)封装基板,攻克35 mm厚铜的MSAP流程线路制作,埋线路工艺开发、以埋线路方式制作高散热埋线路等关键技术,突破国外技术垄断,实现智能设备用厚铜的高散热埋线封装基板的开发与产业化,助力我国集成电路封装基板产业的快速发展。公司已授权中国专利102项,其中发明专利54项,实用新型专利48项;申请PCT国际专利2项,共获国外专利授权2项。

3

产业发展趋势与展望

随着5G、AI、IoT、电动汽车等先进技术的发展,全球电子产品市场必然呈现快速发展态势。同时,新冠疫情的全球性流行、中美贸易战等不利因素也给市场带来了较大的不确定性。市场竞争将更加激烈,两极分化趋势也会更显著。

现阶段,国内基板企业从技术、成本等方面仍缺乏竞争优势,部分高端封装基板先进工艺技术完全被日韩等国企业垄断的局面仍然存在,而且原材料也受制于海外企业。国内基板企业不断积极开发新工艺、新技术,努力缩小于国际厂商的差距,如深南电路目前开展了基于PCF、ABF材料的基板SAP工艺开发,安捷利开展了基于LCP材料和BT材料的柔性封装基板工艺开发,已经进行批量生产,同时,安捷利联合厦门半导体投资公司计划收购美国TTM公司在大陆四家线路板和封装基板业务,向刚性封装基板领域发展,进一步完善了产业链和技术。

4

结束语

我国是全球最大的集成电路消费市场,而目前我国的集成电路自给率远远不能满足市场需求。国内IC封装基板行业持续旺盛的市场需求和稀缺的产能供给之间存在巨大的缺口,考虑到大规模扩产的资金压力和较长的扩产周期,国内供需失衡的格局将长期存在。这种市场与产能的不匹配的状况,也使得封装基板的国产化潜力巨大。由于技术和资金门槛相对较低,且具有成本和地缘优势,集成电路封装是我国应率先发展的产业。作为集成电路封装的关键材料,有机封装基板必然成为支撑封装产业健康发展的基石。

相比其他封装材料有机封装基板的技术难度较大,但其利润高、应用领域众多、市场空间广阔、机遇和挑战并存。国内的基板制造商通过引进技术、设备及人才,不断为提高工艺水平、开发高端先进基板技术努力,同时与产业链前后端积极协作,把握市场发展趋势、提升市场竞争力。相信未来在封装基板领域,国内厂商会有更大发展并逐步缩小与国际先进企业的差距,加速实现封装基板国产化进程。

执笔:谭琳、蔡坚

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