受美欧国家技术封锁影响，中国半导体先进制程工艺发展严重受限，而采用2.5D/3D和Chiplet等先进封装技术制备的芯片能够达到先进制程工艺芯片的相似性能，降低对先进制程的依赖，为中国集成电路制造产业发展提供了一个缩小差距乃至赶超国际先进水平的机会。近期国新基金邀请芯盟科技CEO洪齐元围绕“先进封装产业发展与投资机遇”进行专题分享。本文在梳理分享专家观点的基础上，参考大量研究报告对先进封装产业发展进行深入分析和研究。

一、发展现状

当前，集成电路发展呈现出持续摩尔定律（小型化）和超越摩尔定律（多样化）两大趋势。工艺制程受成本大幅增长和技术限制等因素影响提升速度放缓，短期内难以突破。作为超越摩尔定律的重要发展方向，先进封装较传统封装设计更紧凑、制程更先进，电气性能与散热性能显著提升，具备功能密度提升、互连长度缩短和能够实现系统重构等优势，已经成为集成电路性能提升的主要途径之一。

（一）技术路线

1.封装技术发展历程

封装技术发展可分为四个阶段：

第1阶段（1970年前）：直插型封装为主流工艺，以双列直插封装为代表。

第2阶段（1970~1990年）：表面贴装型封装为主流工艺，包括小外形封装（Small Outline Package，SOP）和扁平式封装，如方形扁平封装（Quad Flat Package，QFP）和方形扁平无引脚封装（Quad Flat No-leads Package，QFN）等技术。引线键合为上述两个阶段的主流互连技术，其成本效益高，但电气路径较长，无法满足高速互连的需求。

第3阶段（1990~2000年）：焊球阵列封装（Ball Grid Array，BGA）、倒装芯片（Flip-Chip，FC）封装等技术出现。其中，倒装芯片工艺将芯片倒装后通过焊锡微凸点直接与封装基板进行连接，相较引线键合技术大大缩短电气路径，I/O数量增加，从而可以支持更高的数据传输速度。倒装芯片工艺可以使封装成品接近芯片尺寸，实现芯片尺寸封装（Chip-Size Packaging，CSP）。倒装芯片封装技术的兴起标志着先进封装技术的起点。

第4阶段（2000年至今）：伴随着重新分布层（ReDistribution Layer，RDL）、硅通孔（Through Silicon Via，TSV）、混合键合（Hybrid Bonding）等高速互连技术的兴起，晶圆级封装（Wafer Level Package，WLP）、2.5D/3D封装等先进封装工艺陆续出现，封装对象由单裸片（Die）发展为多裸片，封装形式由元件演化为系统，器件排列从平面逐渐走向立体，同时通过不同互连方式的组合构建丰富的堆叠拓扑，封装工艺也逐渐与前道制造工艺融合。

晶圆级封装为当前先进2D封装的代表性工艺，分为扇入型（Fan-in）和扇出型（Fan-out）。2.5D/3D封装不再局限于2D平面内的封装互连，而是垂直堆叠多个裸片或芯片，形成三维结构。其中，2.5D封装通过硅基板（Interposer）实现多颗芯片的互连和集成封装。硅基板通常包含多层高密度RDL网络、硅通孔和微凸点，保证了数据信号在芯片之间和封装内外的传输。2.5D封装相较2D封装，互连长度显著缩短，互连密度和速度提升，功耗有所降低。3D封装是将2颗或多颗芯片通过硅通孔、微凸点或混合键合技术在垂直方向直接堆叠，并实现芯片间和对外界信号连接的技术，相较2.5D封装进一步缩短互连长度，提高互连密度、传输速度并降低功耗。当前，带有微凸点的硅通孔为主流垂直互连技术，即完全穿过硅芯片或晶圆实现各层间电气互连的导电柱。混合键合是更新一代的互连技术，利用铜金属固态原子扩散来实现接合，对高密度、细间距互连可提供更好支持，当前正处于快速发展阶段。

2.先进封装技术特点

综合性能高。先进封装技术可以兼顾高算力与低功耗，进而提升芯片性能与能效性。封装工艺传输性能的代表性指标是I/O引脚密度，更高的I/O引脚密度表示可以在更小面积中提供更大传输带宽。传输带宽的增加不仅有利于降低数据传输延迟以提高算力，还可以减少数据传输导致的功耗并提高散热效率。相较于传统封装，倒装芯片工艺、晶圆级封装工艺的引脚密度分别提升了10倍、20倍，2.5D封装与3D封装等工艺均可提升至100倍以上。台积电于2011年推出基板上的晶圆芯片（Chip on Wafer on Substrate, CoWoS）2.5D封装工艺。其因性能出色，被英伟达H100、AMD MI300等高性能芯片广泛采用。混合键合技术的引脚密度更是达到10000个/mm2以上，被视为最有前景的下一代技术路线。

集成度高。传统的芯片集成度提升方案为同构集成，即在同一晶圆上、以同种制程将负责不同任务的多个元件集成制造为一个芯片，代表工艺为系统级芯片（System on Chip, SoC）。同构集成具备高元件密度和高能效等优点，但产品良率低、成本高、新产品开发周期长，而且可集成元件数受限于光刻机光罩面积，对先进制程依赖度高。先进封装可以支持异构集成，将多颗采用不同工艺制程制备、不同材料（Si、GaN、SiC等）的芯粒（Chiplet）像“乐高积木”一样拼装为一个芯片，使芯片设计灵活度更高、成本更低、开发周期更短，同时也突破了单芯片面积限制。基于倒装芯片等技术的系统级封装（System in Package, SiP）异构集成的芯片在功能上基本可以对标系统级芯片。

制造成本高。由于大量采用与制造环节类似的工艺步骤，先进封装制备的芯片成本较高，因此，当前这类技术主要应用于高性能、小型化电子设备中。系统级封装可以满足消费电子对芯片轻薄短小、多功能、低功耗等的多种要求，主要用于可穿戴设备等轻巧型产品。扇出型晶圆级封装和2.5D/3D封装能够实现最高的I/O引脚密度，但相应地封装成本也最高，主要用于高性能计算、高端传感等对成本不敏感的领域。

（二）产业规模

2021年，全球先进封装市场规模为350亿美元，占整体封装市场的45%。Yole预测，2021~2025年全球先进封装市场规模年均复合增长率为8%，至2025年将达到471亿美元，在整体封装市场中占比将达到49.4%。据Frost & Sullivan统计及预测，中国大陆先进封装市场2021~2025年年均复合增长率约为29.9%，市场规模预计从2020年的351.3亿元（占中国封装市场规模的15%），增至2025年的1137亿元（占中国封装市场规模的32%）。

（三）竞争格局

近年来，除了传统委外封测代工厂（Outsourced Semiconductor Assembly and Testing，OSAT）之外，晶圆代工厂（Foundry）和IDM厂商也在大力发展先进封装或相关技术，甚至有IC设计公司和代工厂（Original Equipment Manufacturer，OEM）也参与其中。

不同业态的参与者在先进封装业务方面投入资源不同，技术发展路线也存在差异。最具代表性的企业为台积电、英特尔、三星和日月光。其中，台积电为Foundry，英特尔和三星为IDM，日月光为OSAT。

1.Foundry和IDM厂商

基于对先进封装技术和业务的前瞻布局，台积电已成为先进封装技术的引领者，相继推出了CoWoS封装、整合扇出型（Integrated Fan-Out，InFO）封装、系统整合芯片（System on Integrated Chips，SoIC）等。英特尔紧追其后，推出了嵌入式多芯片互连桥接（Embedded Multi-die Interconnect Bridge，EMIB）和Foveros等先进封装工艺。三星相对落后，也推出了扇出型面板级封装（Fan-Out Panel Level Package，FOPLP）、I-Cube、H-Cube、X-Cube等工艺。台积电、英特尔和三星的先进封装工艺对比如图表2所示。

由于2.5D/3D封装技术涉及制造工序的延续，对制造工艺制程有深入理解的Foundry和IDM在高密度封装方面比OSAT更具优势。据IDC统计，Foundry和IDM占有当前2.5D/3D封装市场80%的份额。台积电、英特尔和三星还分别推出SoIC、Foveros Direct、X-Cube等工艺积极布局混合键合技术。另外，由于扇出型晶圆级封装的I/O数量更多，且定制化程度较高，Foundry和IDM在扇出型晶圆级封装方面同样投入资源更多，也更具竞争优势。Yole预计到2024年，Foundry和IDM将会占据扇出型晶圆级封装市场71%的份额，而OSAT仅为19%。

2.OSAT厂商

与Foundry和IDM相比，传统OSAT在倒装芯片、系统级封装及扇入型晶圆级封装等技术领域占据优势。据IDC统计，OSAT占据当前倒装芯片封装市场70%的份额，仍为先进封装市场的主要玩家。同时，日月光、Amkor、长电科技等头部OSAT积极进军扇出型晶圆级封装、2.5D/3D封装等高端先进封装领域，如日月光针对扇出型晶圆级封装推出扇出型基板上芯片（Fan Out Chip-on-Substrate，FOCoS）、扇出型封装上封装（Fan Out Package-on-Package，FOPoP）等工艺，目前正在积极开发3D封装技术。但总体来看，目前OSAT厂商仍旧缺乏高端先进封装工艺的大规模量产经验，并在下一代混合键合技术方面缺乏技术积累。IDC预测Foundry和IDM在先进封装领域的市场份额将从2023年的34.8%增长至2028年的40.1%，而OSAT的市场份额则会从2023年的63.3%下降至2028年的57.1%。

二、发展趋势

（一）2.5D/3D封装增速最快，倒装芯片封装占比最大

根据Yole统计和预测，2021~2027年2.5D/3D封装市场规模年均复合增长率高达14%，扇出型晶圆级封装增速位居第2，可达11%。此外，倒装芯片封装在2021年先进封装市场中占比70%，尽管到2027年预计下降为66%，但届时仍为占比最高的先进封装工艺。

（二）混合键合技术成为未来重要发展方向

I/O密度进一步提升和间距进一步缩小将成为先进封装工艺的必然趋势。当前倒装芯片封装、晶圆级封装、2.5D/3D封装等主流先进封装工艺均依赖微凸点技术实现芯片间互连，但在I/O间距缩小至10~20微米时，微凸点工艺的焊锡球成为工艺缺陷的主要来源，限制了互连密度的进一步提升。混合键合技术作为微凸点技术的替代方案，可实现I/O间距小于10微米的芯片键合，而且信号丢失率极低，在高吞吐量、高性能计算领域优势明显。尽管当前混合键合技术仍面临生产成本较高的问题，但其市场规模增长迅速。据Global Info Research预测，2023~2029年全球混合键合市场规模年均复合增长率为14.5%。

（三）相关材料产业加速升级

先进封装技术带动封装基板、环氧塑封料、底部填充胶等材料向高性能、高导热方向发展，如图表3所示。以封装基板为例，异构集成突破了现有制程下芯片面积的上限，使芯片尺寸显著增加，促使ABF载板市场规模快速扩张。

（四）先进封装推动EDA工具向系统设计延伸

先进封装构建了异构集成的多芯粒环境，要求芯片厂商在上游设计环节就要考虑到整个系统层级的设计和优化，尤其是异构集成带来的诸如散热、机械机构等设计难点。当前EDA工具主要侧重单芯片分析和建模，而且芯片设计工程师和封装工程师分别负责相对独立的环节，无法满足异构集成封装的设计需求。先进封装行业的快速发展需要EDA进化出新的方法论，才能够提供更系统化的设计工具。

三、中国先进封装产业的机遇与挑战

（一）发展机遇

1.先进封装能够降低对先进制程的依赖

中国半导体先进制程工艺发展受限于美欧等国家的技术封锁，而以Chiplet为代表的先进封装技术则有望在无须缩小半导体器件尺寸的情况下，实现高密度集成及异质集成，为中国集成电路制造产业发展提供一个缩小差距乃至赶超国际先进水平的机会。Chiplet具有迭代周期快、成本低、良率高等一系列优越特性，其搭积木式的设计方式也更加适合我国系统设计企业切入。此外，异构集成也有助于中国充分利用成熟制程的成本优势。

2.封测是中国半导体产业链最具全球竞争优势的领域

在集成电路产业链各环节中，封测环节是中国大陆和世界先进水平差距最小的领域，在2022年全球营收前10的封测厂商排名中，有3家中国大陆企业（长电科技、通富微电、华天科技）。在先进封装领域，通过自主研发和兼并收购等多种方式，三大封测厂基本实现了主流技术平台全覆盖。长电科技已实现2.5D/3D封装等先进封装技术的量产，通富微电也已完成相应产线建设。

（二）面临挑战

1.以混合键合技术为代表的高端技术储备不足

当前，混合键合技术主要掌握在台积电、英特尔、三星等头部Foundry和IDM手中，而国内厂商仍以微凸点技术为主，还不具备混合键合技术的量产能力。此外，以硅通孔为代表的2.5D/3D封装和以扇出型封装为代表的高密度扇出型技术，与国外公司的技术差距明显，部分关键技术也存在空白，可能导致我国封装企业在全球竞争中处于劣势。

2.部分设备和材料进口依赖度高

尽管先进封装技术不需要大量专属设备，但相比传统封装工艺仍新增了对刻蚀机、光刻机、PVD/CVD、涂胶显影设备、清洗设备等前道设备的需求，并对圆片减薄机、划片机、固晶机等后道设备提出了更高性能要求。在前述设备领域，尤其是先进制程设备领域，日美欧等龙头企业仍占据主导地位，国内设备厂商还处于快速追赶阶段。

在先进封装材料领域，国内厂商大多处于技术验证或试产阶段，与国外先进水平差距较大。此外，先进封装中部分环节所用材料与制造工艺重叠，如光刻胶等，这类材料的进口依赖度也较高。

3.先进封装EDA工具发展缓慢

目前，国产EDA产品主要面向成熟制程，对14nm、7nm等先进制程的先进封装设计需求支持能力不足，国产先进封装EDA工具与境外主流EDA厂商产品的差距也较明显，市场占有率较低，用户反馈和迭代次数少。

四、相关建议

（一）关注对混合键合等高端封装技术有突破的创新型企业

建议重点关注在混合键合等互连技术及2.5D/3D封装、高密度扇出型封装等工艺进行重点布局的先进封装技术服务厂商，以及在相关领域有深厚技术积累的高校、科研院所与央国企研发部门的技术转化项目。

（二）关注能够实现先进封装设备和材料国产替代的相关厂商

建议重点关注刻蚀机、光刻机、PVD/CVD、涂胶显影设备、清洗设备、圆片减薄机、划片机、固晶机等先进封装工艺需要的高性能设备，同时关注以光刻胶、ABF封装基板、高端环氧塑封料、底部填充胶等先进封装工艺需要的核心材料国产化进程及相关厂商的研发进展。

（三）关注前瞻布局先进封装EDA工具的龙头厂商

建议重点关注前瞻性布局先进封装设计工具的国内头部EDA厂商。同时，建议持续关注国内工艺制程发展情况，重点关注面向先进制程，能够提供多行业、全流程解决方案的国内头部EDA厂商。

（国新基金）