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2023先进封装技术发展趋势市场空间及国内厂商布局情况分析报告.pdf
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2023先进封装技术发展趋势市场空间及国内厂商布局情况分析报告.pdf
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2023 年深度行业分析研究报告
正文目录
1 先进封装成为后摩尔时代提升系统性能的主流趋势 ................................................... 4
1.1 摩尔定律经济效能达到瓶颈,先进封装提升芯片系统性能 ............................ 4
1.2 封装技术发展趋势:芯片性能不断提高、系统趋于小型化 ............................ 5
1.3 先进封装的技术与形态根据需求不断迭代,多应用于高性能场景 ................ 6
2 先进封装市场空间广阔,为半导体设备行业带来增量 ............................................. 10
2.1 先进封装市场空间广阔,中国大陆先进封装产业蓬勃发展 .......................... 10
2.2 先进封装为半导体设备行业带来增量 .............................................................. 11
3 高性能计算驱动半导体产业发展,先进封装实现算力提升 ..................................... 13
3.1 HPC 超越手机成为半导体第一大需求驱动力,大算力时代来临 ................... 13
3.2 AI 服务器产业链迎来高景气,异构集成与异构计算共推算力发展 .............. 14
3.3 Chiplet 优势明显,是国产芯片“破局”路径之一 ............................................... 16
4 龙头积极布局先进封装,中国大陆封装厂商蓬勃发展 ............................................. 18
4.1 晶圆厂和封测厂积极布局先进封装,侧重点各有不同 .................................. 18
4.2 OSAT 竞争格局较为稳定,中国大陆厂商蓬勃发展 ........................................ 20
图表 1: 单位数量的晶体管成本对比 ............................................................................... 4
图表 2: 硅的晶胞结构和硅原子空间利用率 ................................................................... 4
图表 3: 集成电路的发展方向 ........................................................................................... 5
图表 4: 封装技术发展的四个阶段 ................................................................................... 5
图表 5: 先进封装技术的发展主要朝上游晶圆制程和下游模组两个方向 .................. 6
图表 6: 先进封装四要素 ................................................................................................... 6
图表 7: 主流先进封装技术方案及延伸方式 ................................................................... 7
图表 8: 主流封装技术方案与特点 ................................................................................... 7
图表 9: 主流先进封装技术方案及应用&厂商 ................................................................ 8
图表 10: 系统级封装示意图 ............................................................................................. 9
图表 11: Chiplet 可以看成一种硬核形式的 IP ................................................................ 9
图表 12: 3D Chiplet 结构示意图 .................................................................................... 10
图表 13: 2021 年封装市场规模及构成 .......................................................................... 10
图表 14: 2027 年封装市场规模及构成 .......................................................................... 10
图表 15: 2016 年-2025E 中国大陆封装市场规模 ......................................................... 11
图表 16: 2019-2026 年先进封装主流技术市场规模及预测($M) ........................... 11
图表 17: 传统封装的步骤与设备 ................................................................................... 12
图表 18: 先进封装晶圆级工艺所需设备 ....................................................................... 12
图表 19: 部分工艺环节设备的竞争格局 ....................................................................... 13
图表 20: 台积电 2021 年至今下游应用领域营收占比(%) ...................................... 13
图表 21: 中国智能算力规模及预测(百亿亿次浮点运算/秒,EFLOPS) .............. 14
图表 22: 2022-2026 年全球 AI 服务器出货量预估 ...................................................... 14
图表 23: 面向多场景的异构计算加速平台 ................................................................... 15
图表 24: 英特尔的 Co-EMIB 技术属于典型的异构集成技术 ..................................... 15
图表 25: 后摩智能 H30 芯片与 8nm 芯片性能比较 ..................................................... 16
图表 26: 采用 Chiplet 设计能提升系统的功能密度 ..................................................... 16
OZvXjXbWlXUVrVaXlX7NdNbRmOmMpNnOfQqQqOlOpOoP6MpNpNNZoNqPwMqMqR
图表 27: Chiplet 与 SoC、SiP 的比较 ............................................................................ 17
图表 28: 用 Chiplet 技术的 7nm+14nm 的造价 vs 7nm ............................................... 17
图表 29: 启明 930 芯片实物 ........................................................................................... 18
图表 30: 2021 年封测厂及晶圆厂龙头在先进封装行业的资本支出($M) ............. 18
图表 31: 英特尔封装技术发展路线图 ........................................................................... 19
图表 32: 台积电推出“3D Fabric”先进封装平台 ........................................................... 19
图表 33: 日月光半导体推出的 VIPack 先进封装平台 ................................................. 20
图表 34: 2022 年海内外已经上市的封测厂营收情况 .................................................. 20
图表 35: 2022 年全球前十大 OSAT 厂商所在区域市占率 .......................................... 21
图表 36: 长电科技先进封装产品布局 ........................................................................... 22
图表 37: 通富微电晶圆级封装技术可以应用于高性能 ASIC、CPU/GPU ............... 22
图表 38: 华天科技推出 3D Matrix 先进封装平台 ........................................................ 23
图表 39: 甬矽电子业务定位中高端先进封装 ............................................................... 23
图表 40: 晶方科技高集成度、高可靠性的汽车传感器封装 ....................................... 24
1 先进封装成为后摩尔时代提升系统性能的主流趋势
1.1 摩尔定律经济效能达到瓶颈,先进封装提升芯片系统性能
摩尔定律持续推进带来的经济效能达到瓶颈。摩尔定律是指随着技术演进,芯片上容
纳的晶体管数量会呈指数级增长,每1.5-2年翻一倍,同时带来芯片性能提升一倍或
成本下降一半的效应。随着芯片制程工艺的不断发展,芯片上容纳的晶体管数量不断
增加,但单位数量晶体管的成本下降幅度正在持续降低。根据IBS的统计及预测,从
16nm到10nm,每 10亿颗晶体管的成本降低了30.7%,从7nm到5nm成本下降了17.8%,而
从5nm到3nm成本仅下降了4.2%。
图表1: 单位数量的晶体管成本对比
制程
16nm
10nm
7nm
5nm
3nm
芯片面积(mm^2)
125
87.66
83.27
85
85
晶体管数量(十亿个)
3.3
4.3
6.9
10.5
14.1
晶粒总数/单片晶圆
478
686
721
707
707
晶粒净产出/单片晶圆
359.74
512.44
545.65
530.25
509.04
晶圆价格($)
5912
8389
9965
12500
15500
晶粒价格($)
16.43
16.43
18.26
23.57
30.45
每10亿个晶体管的成本($)
4.98
3.81
2.65
2.25
2.16
资料来源:International Business Strategies,芯智讯,万联证券研究所
集成电路中晶体管尺寸的微缩逐渐接近硅原子的物理极限。芯片工艺尺寸日益走向
极致(3nm至1nm), 而1nm的宽度中仅能容纳2个硅原子晶格(下图中a=0.5nm), 如若
进一步微缩,就将进入量子物理的世界,面临现阶段较为棘手的量子隧穿效应和散热
等问题。晶体管数量不断增加会造成短沟道效应,即当通道长度缩短到量子物理阈值
时会产生量子隧穿效应,从而使晶体管的性能衰减。此外,晶体管工作会持续产生热
量,当数以万计的晶体管以较短的间隔放置时,也需要解决散热问题。
图表2: 硅的晶胞结构和硅原子空间利用率
资料来源:《基于SiP技术的微系统》,SiP与先进封装技术,万联证券研究所
先进封装成为超越摩尔定律、提升系统性能的关键路径之一。目前集成电路发展主要
沿着两个技术路线进行,一个是摩尔定律的延伸,即向芯片小型化的方向发展,通过
微缩半导体器件的晶体管尺寸以增加可容纳的晶体管数量,以单个芯片性能的提升
为目标;另一个是超越摩尔定律,即以先进封装技术的发展为主要方向,将处理、模
拟等多种芯片集成在一个系统内,实现系统级封装(System in Package, SiP),以系
统性能的提升为目标。
图表3: 集成电路的发展方向
资料来源:International Roadmap for Devices and Systems,万联证券研究所
1.2 封装技术发展趋势:芯片性能不断提高、系统趋于小型化
封装技术的发展史是芯片性能不断提高、系统不断小型化的历史。封装是半导体晶圆
制造的后道工序之一,目的是支撑、保护芯片,使 芯片与外界电路连接、增强导热性
能等。封装技术的发展大致分为4个阶段:第一、第二阶段(1990年以前)以DIP、SOP
和LCC等技术为主,属于传统封装;第三阶段(1990至2000年)已经开始应用先进封
装技术,这一阶段BGA、CSP和FC技术已开始大规模生产;第四阶段(2000年至今),
先进封装技术从二维开始向三维拓展,出现了2.5D/3D封装、晶圆级封装、扇出型封
装等封装技术。先进封装也称为高密度封装(HDAP,High Density Advanced Package),
采用先进的设计和工艺对芯片进行封装级重构,并有效提升系统性能。相较于传统封
装,先进封装具有引脚数量增加、芯片系统更小型化且系统集成度更高等特点。
图表4: 封装技术发展的四个阶段
阶段
时间
封装技术
1
1970年前
直插型封装,以双列直插封装(Dual In-line Package,DIP)为主
2
1970—1990年
以表面贴装技术衍生出的小外形封装(Small Outline Package,SOP)、J型引脚小外
形封装(Small Outline J-leaded, SOJ)、无引脚芯片载体(Leadless Chip Carrier,
LCC)、扁平方形封装(Quad Flat Package, QFP)4大封装技术和针栅阵列(Pin
Grid Array, PGA)技术为主
3
1990——2000年
球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)、单芯片封装(Chip Scale Package, CSP)、倒装芯
片(Flip-Chip, FC)封装等先进封装技术开始兴起
4
2000年至今
从二维封装向三维封装发展,出现了晶圆级封装(Wafer LevelPackage,WLP)、系
统级封装、扇出型(Fan-Out,FO)封装、2.5D/3D封装、嵌入式多芯片互连桥接
(Embedded Multi-die Interconnect Bridge,EMIB)等先进封装技术
资料来源:《先进封装技术的发展与机遇》,曹立强等,万联证券研究所
先进封装技术的发展主要朝上游晶圆制程和下游模组两个方向。1)向上游晶圆制
程领域发展,该方向发展的技术即晶圆级封装,通过晶圆重构工艺在晶圆上完成重
布线,并通过晶圆凸点工艺形成与外部互联的金属凸点以进行封装,该技术的特点
是可以在更小的封装面积下容纳更多的引脚;2)向下游模组领域拓展,即发展系
统级封装技术,将以前分散贴装在PCB板上的多种功能芯片,包括处理器、存储器等
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资源评论
- winfocus_chen2024-03-25资源内容总结的很到位,内容详实,很受用,学到了~
如此醉123
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