未來集成電路封測技術趨勢和我國封測業發展

　　摘要：介紹了全球集成電路封裝測試業的發展歷程、發展現狀、行業競爭格局和技術發展趨勢，并重點分析我國封裝測試業的發展現狀以及面臨的機遇和挑戰。研究結果表明，我國封裝測試業整體呈穩步增長態勢，本土集成電路市場內生增長前景廣闊，內資企業與外資、合資企業的技術、規模差距不斷縮小，我國封測業面臨前所未有的發展機遇。但是國內封測業的發展也面臨制造業漲薪潮、大批國際組裝封裝業向中國大陸轉移、整機發展對元器件封裝組裝微小型化等要求等重大挑戰。

　　關鍵字：集成電路封裝測試業;發展現狀;競爭格局;技術趨勢

　　1、前言

　　封裝測試是集成電路產業鏈必不可少的環節。封裝是指對通過測試的晶圓進行劃片、裝片、鍵合、封裝、電鍍、切筋成型等一系列加工工序而得到的具有一定功能的集成電路產品的過程。隨著技術進步，由于圓片級(WLP)、倒裝焊(FC)以及3維封裝技術(3D)的出現，顛覆了通常意義上封裝工藝流程。

　　封裝是保護芯片免受物理、化學等環境因素造成的損傷，增強芯片的散熱性能，以及將芯片的I/O端口聯接到部件級(系統級)的印制電路板(PCB)、玻璃基板等，以實現電氣連接，確保電路正常工作。測試主要是對芯片、電路以及老化后的電路產品的功能、性能測試等，外觀檢測也歸屬于其中。其目的是將有結構缺陷以及功能、性能不符合要求的產品篩選出來。目前，國內測試業務主要集中在封裝企業中，通常統稱為封裝測試業(以下簡稱“封測業”)。

　　圖1集成電路產業鏈

　　2、集成電路封裝產業技術現狀

　　(1)集成電路封裝技術的發展

　　在集成電路產業市場和技術的推動下，集成電路封裝技術不斷發展，大體經歷以下三個技術階段的發展過程：

　　第一階段是1980年之前以為代表的通孔插裝(THD)時代。這個階段技術特點是插孔安裝到PCB上，主要技術代表包括TO(三極管)和DIP(雙列直插封裝)，其優點是結實、可靠、散熱好、功耗大，缺點是功能較少，封裝密度及引腳數難以提高，難以滿足高效自動化生產的要求。

　　第二階段是1980年代開始的表面貼裝(SMT)時代，該階段技術的主要特點是引線代替針腳，由于引線為翼形或丁形，從兩邊或四邊引出，較THD插裝形式可大大提高引腳數和組裝密度。最早出現的表面貼裝類型以兩邊或四邊引線封裝為主，主要技術代表包括SOT(小外形晶體管)、SOP(小外形封裝)、QFP(翼型四方扁平封裝)等。采用該類技術封裝后的電路產品輕、薄、小，提升了電路性能。性價比高，是當前市場的主流封裝類型。

　　在電子產品趨小型化、多功能化需求驅動下，20世紀末期開始出現以焊球代替引線、按面積陣列形式分布的表面貼裝技術。這種封裝的I/O是以置球技術以及其它工藝把金屬焊球(凸點)矩陣式的分布在基板底部，以實現芯片與PCB板等的外部連接。該階段主要的封裝形式包括球狀柵格陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、晶圓級芯片封裝(WLP)、多芯片封裝(MCP)等。BGA等技術的成功開發，解決了多功能、高集成度、高速低功耗、多引線集成電路電路芯片的封裝問題。

　　第三階段是21世紀初開始的高密度封裝時代。隨著電子產品進一步向小型化和多功能化發展，依靠減小特征尺寸來不斷提高集成度的方式因為特征尺寸越來越小而逐漸接近極限，以3D堆疊、TSV(硅穿孔)為代表的三維封裝技術成為繼續延續摩爾定律的最佳選擇。其中3D堆疊技術是把不同功能的芯片或結構，通過堆疊技術，使其在Z軸方向上形成立體集成和信號連通以及圓片級、芯片級、硅帽封裝等封裝和可靠性技術為目標的三維立體堆疊加工技術，用于微系統集成。TSV是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通，實現芯片之間互連的最新技術。與以往IC封裝鍵合和使用凸點的疊加技術不同，三維封裝技術能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。為了在允許的成本范圍內跟上摩爾定律的步伐，在主流器件設計和生產過程中采用三維互聯技術將會成為必然。

　　目前，全球集成電路封裝技術的主流正處在第二階段，3D疊裝、TSV等三維封裝技術還處于研發中，僅少數業內領先企業如三星、長電科技等在某些特殊領域實現少量應用。現階段，封裝測試技術的應用范圍及代表性產品如下表所示：

　　表1封裝技術應用領域及代表性封裝型式

　　(2)多種技術并存發展格局將長期存在

　　經過60多年的發展，集成電路產業隨著電子產品小型化、智能化、多功能化的發展趨勢，技術水平、產品結構、產業規模等都取得舉世矚目的成就。就集成電路封裝類型而言，在它的三個階段發展過程中，已出現了幾十種不同外型尺寸、不同引線結構、不同引線間距、不同連接方式的電路。由于它們對應不同的應用需求，如，在功能上有大功率、多引線、高頻、光電轉換等，在中國及全球多元化的市場上，目前及未來較長一段時間內都將呈現并存發展的格局：(1)直插封裝工藝成熟、操作簡單、功能較單一，雖然市場需求呈緩慢下降的趨勢，但今后幾年內仍有巨大的市場空間;(2)表面貼裝工藝中，兩邊或四邊引線封裝技術如SOP、PLCC、QFP、QFN、DFN等已發展成熟，由于其引腳密度大大增加且可實現較多功能，應用非常普遍，目前擁有三類中最大的市場容量，未來幾年總體規模將保持穩定;面積陣列封裝技術如WLCSP、BGA、LGA、CSP等技術含量較高、集成度更高，現階段產品利潤高，產品市場處于快速增長階段，但基數仍然相對較小;(3)高密度封裝工藝如3D堆疊、TSV等仍處于研發階段，鑒于該類技術在提高封裝密度方面的優異表現，待實用化后將迎來巨大的市場空間。

　　我國目前集成電路封裝市場中，DIP、SOP、QFP、QFN/DFN等傳統封裝仍占據我國市場的主體，約占70%以上的封裝市場份額;BGA、CSP、WLCSP、FC、TSV、3D堆疊等先進封裝技術只占到總產量的約20%。主要市場參與者包括大量的中小企業、部分技術領先的國內企業和合資企業，市場競爭最為激烈。華潤安盛科技等中等規模國內企業由于工藝成熟、在直插封裝和表面貼裝中的兩邊或四邊引線封裝方面有技術創新，質量管理和成本控制領先，近幾年來，經濟社會效益好，企業發展快。在表面貼裝的面積陣列封裝領域，除了有技術、市場優勢的跨國企業外，我國長電科技、通富微電、華天科技等企業憑借其自身的技術優勢和國家重大科技專項的支持，逐步接近甚至部分超越了國際先進水平。高密度封裝工藝目前仍處于研發階段，尚未實現量產。

　　表2國內集成電路封裝測試行業競爭特征

　　3、我國封裝測試行業發展現狀

　　(1)封裝測試業整體呈穩步增長態勢

　　最初的集成電路封測業，在集成電路產業鏈中，相對技術和資金門檻較低，屬于產業鏈中的“勞動密集型”。由于我國發展集成電路封裝業具有成本和市場地緣優勢，封測業相對發展較早。在國發[2000]18號《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》頒布以后，在優惠政策鼓勵和政府資金支持下，外資(包括臺資、港資)企業在中國設廠、海外歸國留學人員紛紛回國創辦企業，中資、民資大量投資集成電路企業，我國集成電路設計業、晶圓制造業也取得了長足的發展。目前我國已形成集成電路設計、晶圓制造和封裝測試三業并舉的發展格局，封測業的技術含量越來越高，在集成電路產品的成本中占比也日益增加。

　　我國的封測業一直占據我國集成電路產業市場的半壁江山。在2001-2010年間，我國封測業除了2008和2009年小幅下滑以外，每年的增長率均高于8%。近幾年，國內集成電路設計業和晶圓制造業增速明顯加快，封測業增速相對緩慢，但封測業整體規模處于穩定增長階段。據中國半導體行業協會(CSIA)統計，我國近幾年封測業銷售額增長趨勢如下表所示，從2012年起，銷售額已超過1000億元，2013年銷售額為1,098.85億元，同比增長6.1%。

　　表32006-2013年我國集成電路封裝測試行業銷售額及增長情況

　　資料來源：中國半導體行業協會《中國半導體產業發展狀況報告(2014年版)》

　　圖2為我國2006-2013年間集成電路產業結構。從圖2可以看出，封測業仍然是集成電路產業鏈中占比最大的環節，占集成電路產業比重穩定在43%-51%之間。我國未來集成電路產業發展將會不斷優化產業結構，在保持封測業持續增長的情況下，設計業、晶圓制造業的占比增加，整個產業的銷售“蛋糕”將加大。

　　圖22006-2013年我國集成電路產業結構

　　資料來源：中國半導體行業協會《中國半導體產業發展狀況報告(2014年版)》

　　(2)國內企業的技術和產業規模進一步提升

　　過去，國內企業的技術水平和產業規模落后于業內領先的外資、合資企業，但隨著時間的推移，國內企業的技術水平發展迅速，產業規模得到進一步提升。業內領先的企業，長電科技、通富微電、華天科技等三大國內企業的技術水平和海外基本同步，如銅制程技術(用銅絲替代金絲，節約成本)、晶圓級封裝，3D堆疊封裝等。在量產規模上，BGA封裝在三大國內封測企業都已經批量出貨，WLP封裝也有億元級別的訂單，SiP系統級封裝的訂單量也在億元級別。長電科技2013年已躋身全球第六大封測企業，排名較2012年前進一位。其它企業也取得了很大發展。

　　目前，國內三大封測企業憑借資金、客戶服務和技術創新能力，已與業內領先的外資、合資企業一并位列我國封測業第一梯隊;第二梯隊則是具備一定技術創新能力、高速成長的中等規模國內企業，該類企業專注于技術應用和工藝創新，主要優勢在低成本和高性價比;第三梯隊是技術和市場規模均較弱的小型企業，缺乏穩定的銷售收入，但企業數量卻最多。

　　表4國內集成電路封裝測試企業類別

　　4、我國封測業面臨的機遇和挑戰

　　目前我國封測業正迎來前所未有的發展機遇。首先，國內封測業已有了一定的產業基礎，封裝技術已接近國際先進水平，2013年我國集成電路封測業收入排名前10企業中，已有3家是國內企業。近年來國家出臺的《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》(國發〔2011〕4號)，2014年6月國務院印發的《國家集成電路產業發展推進綱要》等有關政策文件，進一步加大了對集成電路產業的支持，國內新興產業市場的拉動，也促進了集成電路產業的大發展。海思半導體、展訊、銳迪科微電子、大唐半導體設計有限公司等國內設計企業的崛起將為國內封測企業帶來更多的發展機會。

　　表52013年國內IC封測業收入排名前10企業

　　資料來源：中國半導體行業協會《中國半導體產業發展狀況報告(2014年版)》

　　此外，由于全球經濟恢復緩慢，加上人力成本等諸多原因，國際半導體大公司產業布局正面臨大幅調整，關停轉讓下屬封測企業的動作頻繁發生，如：日本松下集團已將在印度尼西亞、馬來西亞、新加坡的3家半導體工廠出售。日本松下在中國上海和蘇州的封測企業也在尋求出售或合作伙伴。英特爾近期也表示，該公司將在2014年的二、三兩個季度內，將已關閉工廠的部分業務轉移至英特爾位于中國等地現有的組裝和測試工廠中。歐美日半導體巨頭持續從封測領域退出，對國內封測業的發展也非常有利。

　　但是，國內封測業的發展也面臨制造業漲薪潮(成本問題)、大批國際組裝封裝業向中國大陸轉移(市場問題)、整機發展對元器件封裝組裝微小型化等要求(技術問題)等重大挑戰。國內封測企業必須通過增強技術創新能力、加大成本控制、提升管理能力等措施，才能在瞬息萬變的市場競爭中立于不敗之地。

　　5、結束語

　　目前，集成電路封裝根據電路與PCB等系統板的連接方式，可大致分為直插封裝、表面貼裝、高密度封裝三大類型。國內封裝業主要以直插封裝和表面貼裝中的兩邊或四邊引線封裝為主，這兩大封裝類型約占我國70%的市場份額。國內長電科技、通富微電、華天科技等企業已成功開發了BGA、WLCSP、LGA等先進封裝技術，另有部分技術實力較強，經濟效益好的企業也正在加大對面積陣列封裝技術的研發力度，滿足市場對中高端電路產品的需求。隨著電子產品繼續呈現薄型化、多功能、智能化特點，未來集成電路封裝業將向多芯片封裝、3D封裝、高密度、薄型化、高集成度的方向發展。

　　由于我國封測產業已具備一定基礎，隨著我國集成電路設計企業的崛起和歐美日國際半導體巨頭逐漸退出封測業，我國封測產業面臨前所未有的發展機遇，同時也需要應對各種挑戰。展望未來，國內封測企業必須通過增強技術創新能力、加大成本控制、提升管理能力等措施，才能在瞬息萬變的市場競爭中立于不敗之地。我國的封裝業發展前途一片光明。

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