>> 光大证券-半导体封测行业系列跟踪报告之一:Chiplet等先进封装应用不断扩大,行业景气度有望23H2实现回升-230222
| 上传日期: |
2023/2/23 |
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来源: |
光大证券 |
| 评级: |
买入 |
作者: |
刘凯,杨德珩 |
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先进封装成为超越摩尔定律的关键赛道。摩尔定律(Moore'slaw)的主要内容是集成电路上可容纳的晶体管数目大约每隔两年就会增加一倍,芯片的效能也会提高一倍,但是先进制程发展到3纳米以下开始接近物理极限,短道沟效应导致的漏电、功耗严重等问题使得晶体管缩小的技术发展日渐困难,成本也愈来愈高,因此有必要利用其他手段缩小集成电路的尺寸同时降低成本。所谓的More than Moore是指以系统应用的概念为出发点,不执着在晶体管的制程点缩小的摩尔定律,而更应该将各种技术进行异质整合,其中最重要的方法之一就是先进封装技术。先进封装技术能进一步提高芯片的集成度并且降低芯片制造的成本,同时暂不涉及到去突破量子隧穿效应等物理极限问题,已经成为超越摩尔定律的关键赛道。 先进封装应用不断扩大,预计在2026年将占到整个封装市场的规模的50%以上。先进封装技术与传统封装技术通常以是否焊线来区分:传统的封装技术通常指先将晶圆切割成单个芯片,再进行封装的工艺形式,其包括双排直立式封装DIP与球格阵列封装BGA,需要焊接线路;先进封装则包括倒装(FlipChip)、凸块(Bumping)、晶圆级封装(Wafer-level-package)、2.5D封装(interposer,RDL等)、3D封装(TSV)等封装技术,其技术并不需要用到线路焊接的方式。 倒装:带有倒装芯片结构的封装是先在芯片上制作金属凸点,然后将芯片面朝下利用焊料直接与基板互连,通常会使用底部填充(UnderFill)树脂对热应力进行再分布来提高可靠性。其优点是封装面积减小,引线互连长度缩短,I/O端口数量增加。 WLP:直接以晶片为加工对象,同时对晶片上的众多芯片进行封装及测试,最后切割成单颗产品,可以直接贴装到基板或PCB上,其中主要工艺为再布线(RDL)技术,包括溅射、光刻、电镀等工序。WLP的优点是封装产品轻薄短小,信号传输路径更短,在生产方面可大大提高加工效率,降低成本。根据结构的不同,WLP可分为扇入型(Fan-in)和扇出型(Fan-out)两种。其中,产品尺寸和芯片尺寸在二维平面上一样大的称为扇入型,产品尺寸比芯片尺寸在二维平面上大的称为扇出型。 2.5D封装:在2D封装结构的基础上,在芯片和封装载体之间加入了一个硅中介转接层,该中介转接层上利用硅通孔(TSV)连接其上、下表面的金属,多采用倒装芯片组装工艺。由于采用了中介转接层,其表面金属层的布线可以使用与芯片表面布线相同的工艺,使产品在容量及性能上比2D结构得到巨大提升。 3D封装:是将芯片与芯片直按堆叠,可采用引线键合、倒装芯片或二者混合的组装工艺,也可采用硅通孔技术进行互连。3D结构进一步缩小了产品尺寸,提高了产品容量和性能。目前,散热较差、成本较高是制约TSV技术发展的主要因素。 先进封装被广泛应用于计算机、通信、消费类电子、医疗、航天等领域,推动着封装技术及整个电子行业向前发展。目前,倒装芯片、2.5D封装、3D封装主要用于存储器、中央处理器(CPU)、图像处理器(CPU)等;WLP主要应用于功率放大器、无线连接器件、射频收发器等。 根据Yole预测,先进封装市场预计将在2019-2025年间以6.6%的复合年增长率增长,到2025年将达到420亿美元,远高于对传统封装市场的预期;与传统封装相比,先进封装的应用正不断扩大,预计到2026先进封装将占到整个封装市场规模的50%以上。 先进封装是实现Chiplet的前提,Chiplet市场规模有望从2024年的58亿美元快速增长到2035年570亿美元。Chiplet也称芯粒,通俗来说Chiplet模式是在摩尔定律趋缓下的半导体工艺发展方向之一,是将不同功能芯片裸片的拼搭,在某种意义上也是不同IP的拼搭,像拼接乐高积木一样用封装技术整合在一起,借此可以实现对先进制程迭代的弯道超车,在提升性能的同时实现低成本和高良率。Chiplet对先进封装提出更高要求,在芯片小型化的设计过程中,需要添加更多I/O来与其他芯片接口,裸片尺寸有必要保持较大且留有空白空间,导致部分芯片无法拆分,芯片尺寸小型化的上限被pad(晶片的管脚)限制,并且单个晶片上的布线密度和信号传输质量远高于Chiplet之间,要实现Chiplet的信号传输,就要求发展出高密度、大带宽布线的“先进封装技术”。 AMD、台积电、英特尔、英伟达等芯片巨头近年来纷纷布局Chiplet,AMD最新几代产品都极大受益于“SiP+Chiplet”的异构系统集成模式,近日苹果最新发布的M1 Ultra芯片也通过定制的UltraFusion封装架构实现了超强的性能和功能水平,包括2.5TB/s的处理器间带宽。据Omdia报告,预计到2024年,Chiplet市场规模将达58亿美元,2035年则超过570亿美元,将迎来快速增长。 Chiplet有望成为先进制程国产替代的突破口之一。全球半导体产业博弈升级,国内晶圆厂在先进制程升级上受限。2022年12月《小芯片接口总线技术要求》标准发布,这是中国首个原生Chiplet技术标准,有助于行业规范化、标准化发展,为赋能集成电路产业打破先进制程限制因素,提升中国集成电路
研究报告全文:2023年2月22日行业研究Chiplet等先进封装应用不断扩大行业景气度有望23H2实现回升半导体封测行业系列跟踪报告之一电子行业要点买入维持先进封装成为超越摩尔定律的关键赛道摩尔定律Mooreslaw的主要内容是集作者成电路上可容纳的晶体管数目大约每隔两年就会增加一倍芯片的效能也会提高一分析师刘凯倍但是先进制程发展到3纳米以下开始接近物理极限短道沟效应导致的漏电执业证书编号S0930517100002功耗严重等问题使得晶体管缩小的技术发展日渐困难成本也愈来愈高因此有必021-52523849要利用其他手段缩小集成电路的尺寸同时降低成本所谓的MorethanMoore是指kailiuebscncom以系统应用的概念为出发点不执着在晶体管的制程点缩小的摩尔定律而更应该分析师杨德珩将各种技术进行异质整合其中最重要的方法之一就是先进封装技术先进封装技执业证书编号S0930522110003术能进一步提高芯片的集成度并且降低芯片制造的成本同时暂不涉及到去突破量021-52523805子隧穿效应等物理极限问题已经成为超越摩尔定律的关键赛道yangdhebscncom先进封装应用不断扩大预计在2026年将占到整个封装市场的规模的50以上行业与沪深300指数对比图先进封装技术与传统封装技术通常以是否焊线来区分传统的封装技术通常指先将晶圆切割成单个芯片再进行封装的工艺形式其包括双排直立式封装DIP与球格阵列封装BGA需要焊接线路先进封装则包括倒装FlipChip凸块Bumping晶圆级封装Wafer-level-package25D封装interposerRDL等3D封装TSV等封装技术其技术并不需要用到线路焊接的方式倒装带有倒装芯片结构的封装是先在芯片上制作金属凸点然后将芯片面朝下利用焊料直接与基板互连通常会使用底部填充UnderFill树脂对热应力进行再分布来提高可靠性其优点是封装面积减小引线互连长度缩短IO端口数量增加资料来源WindWLP直接以晶片为加工对象同时对晶片上的众多芯片进行封装及测试最后切割成单颗产品可以直接贴装到基板或PCB上其中主要工艺为再布线RDL技术包括溅射光刻电镀等工序WLP的优点是封装产品轻薄短小信号传输路径更短在生产方面可大大提高加工效率降低成本根据结构的不同WLP可分为扇入型Fan-in和扇出型Fan-out两种其中产品尺寸和芯片尺寸在二维平面上一样大的称为扇入型产品尺寸比芯片尺寸在二维平面上大的称为扇出型25D封装在2D封装结构的基础上在芯片和封装载体之间加入了一个硅中介转接层该中介转接层上利用硅通孔TSV连接其上下表面的金属多采用倒装芯片组装工艺由于采用了中介转接层其表面金属层的布线可以使用与芯片表面布线相同的工艺使产品在容量及性能上比2D结构得到巨大提升3D封装是将芯片与芯片直按堆叠可采用引线键合倒装芯片或二者混合的组装工艺也可采用硅通孔技术进行互连3D结构进一步缩小了产品尺寸提高了产品容量和性能目前散热较差成本较高是制约TSV技术发展的主要因素先进封装被广泛应用于计算机通信消费类电子医疗航天等领域推动着封装技术及整个电子行业向前发展目前倒装芯片25D封装3D封装主要用于存储器中央处理器CPU图像处理器CPU等WLP主要应用于功率放大器无线连接器件射频收发器等根据Yole预测先进封装市场预计将在2019-2025年间以66的复合年增长率增长到2025年将达到420亿美元远高于对传统封装市场的预期与传统封装相比先进封装的应用正不断扩大预计到2026先进封装将占到整个封装市场规模的50以上敬请参阅最后一页特别声明-1-证券研究报告电子行业先进封装是实现Chiplet的前提Chiplet市场规模有望从2024年的58亿美元快速增长到2035年570亿美元Chiplet也称芯粒通俗来说Chiplet模式是在摩尔定律趋缓下的半导体工艺发展方向之一是将不同功能芯片裸片的拼搭在某种意义上也是不同IP的拼搭像拼接乐高积木一样用封装技术整合在一起借此可以实现对先进制程迭代的弯道超车在提升性能的同时实现低成本和高良率Chiplet对先进封装提出更高要求在芯片小型化的设计过程中需要添加更多IO来与其他芯片接口裸片尺寸有必要保持较大且留有空白空间导致部分芯片无法拆分芯片尺寸小型化的上限被pad晶片的管脚限制并且单个晶片上的布线密度和信号传输质量远高于Chiplet之间要实现Chiplet的信号传输就要求发展出高密度大带宽布线的先进封装技术AMD台积电英特尔英伟达等芯片巨头近年来纷纷布局ChipletAMD最新几代产品都极大受益于SiPChiplet的异构系统集成模式近日苹果最新发布的M1Ultra芯片也通过定制的UltraFusion封装架构实现了超强的性能和功能水平包括25TBs的处理器间带宽据Omdia报告预计到2024年Chiplet市场规模将达58亿美元2035年则超过570亿美元将迎来快速增长Chiplet有望成为先进制程国产替代的突破口之一全球半导体产业博弈升级国内晶圆厂在先进制程升级上受限2022年12月小芯片接口总线技术要求标准发布这是中国首个原生Chiplet技术标准有助于行业规范化标准化发展为赋能集成电路产业打破先进制程限制因素提升中国集成电路产业综合竞争力加速产业进程发展提供指导和支持随着Chiplet小芯片技术的发展以及国产化替代进程的加速在先进制程受到国外限制情况下Chiplet为国产替代开辟了新思路有望成为我国集成电路产业逆境中的突破口之一半导封测行业景气度有望随着23H2半导体行业复苏而回升根据22Q4财报台积电观察到消费电子PC数据中心等需求不足预计半导体周期将在23H1达到底部23H2开始复苏中芯国际认为23H1行业周期尚在底部下半年虽可见度依然不高但已感受到客户信心些许回升半导体封测行业22年受到行业景气度下行的影响23年下半年景气度有望随着半导体行业复苏而回升投资建议随着晶体管制程缩小技术的发展日渐困难先进封装包括Chiplet技术成为超越摩尔定律的关键赛道建议关注1长电科技国内封装测试龙头企业近年来重点发展系统级SiP晶圆级和25D3D等先进封装技术并实现大规模生产2通富微电国内领先的封装企业在先进封装方面公司已大规模生产Chiplet产品7nm产品已大规模量产5nm产品已完成研发即将量产3华天科技掌握了多项先进封装技术在WLPTSVBumpingFan-outFC等多个技术领域均有布局4甬矽电子具备SiPRDLTSVBumpingFan-inout等Chiplet基础支撑技术5晶方科技掌握了TSV封装FO-SiP封装25D3D封装WLCSP封装等多项先进封装技术风险提示技术研发不及预期下游应用及扩展不及预期市场竞争加剧的风险敬请参阅最后一页特别声明-2-证券研究报告电子行业图表1A股重点半导体封测公司估值情况序市值营业收入亿元归母净利润亿元PEPB证券代码公司名称号亿元21A22E23E24E21A22E23E24E21A22E23E24E21A22E23E24E1600584SH长电科技510305023453938592435782959327936364250171614122222YoY15313211712912681081091692002156SZ通富微电3371581220318248412991495781212381642354227213333YoY4682852232041827-1515243273002185SZ华天科技307120971290614611171581416109212081463222825212111YoY443671321741017-2291062114688362SH甬矽电子1152055239432234392322255347506364533237443YoY174716534636310564-2103634575603005SH晶方科技1371411145019552489576434620759243222183322YoY27927348273509-247430224合计1407618777160683222975316229587170498619平均值YoY3041571621721262-58201223273224193322资料来源Wind光大证券研究所整理股价时间为2023-02-212022-2024年为Wind一致性预测图表2长电科技2016Q1-2022Q3季度归母净利润及同比资料来源Wind光大证券研究所整理图表3通富微电2016Q1-2022Q3季度归母净利润及同比资料来源Wind光大证券研究所整理敬请参阅最后一页特别声明-3-证券研究报告电子行业图表4华天科技2016Q1-2022Q3季度归母净利润及同比资料来源Wind光大证券研究所整理图表5晶方科技2016Q1-2022Q3季度归母净利润及同比资料来源Wind光大证券研究所整理敬请参阅最后一页特别声明-4-证券研究报告行业及公司评级体系评级说明行买入未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数15以上业增持未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数5至15及公中性未来6-12个月的投资收益率与市场基准指数的变动幅度相差-5至5司减持未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数5至15评卖出未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数15以上级无评级因无法获取必要的资料或者公司面临无法预见结果的重大不确定性事件或者其他原因致使无法给出明确的投资评级A股主板基准为沪深300指数中小盘基准为中小板指创业板基准为创业板指新三板基准为新三板指数港股基准指数为恒生基准指数说明指数分析估值方法的局限性说明本报告所包含的分析基于各种假设不同假设可能导致分析结果出现重大不同本报告采用的各种估值方法及模型均有其局限性估值结果不保证所涉及证券能够在该价格交易分析师声明本报告署名分析师具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并注册为证券分析师以勤勉的职业态度专业审慎的研究方法使用合法合规的信息独立客观地出具本报告并对本报告的内容和观点负责负责准备以及撰写本报告的所有研究人员在此保证本研究报告中任何关于发行商或证券所发表的观点均如实反映研究人员的个人观点研究人员获取报酬的评判因素包括研究的质量和准确性客户反馈竞争性因素以及光大证券股份有限公司的整体收益所有研究人员保证他们报酬的任何一部分不曾与不与也将不会与本报告中具体的推荐意见或观点有直接或间接的联系法律主体声明本报告由光大证券股份有限公司制作光大证券股份有限公司具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格负责本报告在中华人民共和国境内仅为本报告目的不包括港澳台的分销本报告署名分析师所持中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格编号已披露在报告首页中国光大证券国际有限公司和EverbrightSecuritiesUKCompanyLimited是光大证券股份有限公司的关联机构特别声明光大证券股份有限公司以下简称本公司创建于1996年系由中国光大集团总公司投资控股的全国性综合类股份制证券公司是中国证监会批准的首批三家创新试点公司之一根据中国证监会核发的经营证券期货业务许可本公司的经营范围包括证券投资咨询业务本公司经营范围证券经纪证券投资咨询与证券交易证券投资活动有关的财务顾问证券承销与保荐证券自营为期货公司提供中间介绍业务证券投资基金代销融资融券业务中国证监会批准的其他业务此外本公司还通过全资或控股子公司开展资产管理直接投资期货基金管理以及香港证券业务本报告由光大证券股份有限公司研究所以下简称光大证券研究所编写以合法获得的我们相信为可靠准确完整的信息为基础但不保证我们所获得的原始信息以及报告所载信息之准确性和完整性光大证券研究所可能将不时补充修订或更新有关信息但不保证及时发布该等更新本报告中的资料意见预测均反映报告初次发布时光大证券研究所的判断可能需随时进行调整且不予通知在任何情况下本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议客户应自主作出投资决策并自行承担投资风险本报告中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