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先进封装材料深度报告:先进封装材料国产替代加速

先进封装材料深度报告:先进封装材料国产替代加速 行业报告研究院
2023-11-23
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导读:(报告出品方/作者:中信证券,李超、陈旺)先进封装材料行业:先进封装产业链核心上游封装是半导体制造过程中重要

(报告出品方/作者:中信证券,李超、陈旺)

先进封装材料行业:产业链核心上游

封装是半导体制造的后道关键工序,占封测环节价值的80%~85%,主要实现芯片保护、电气连接与标准化功能。根据Gartner数据,封装在封测中的价值占比稳定在高位。

封装技术持续向小型化、多引脚、高集成方向演进,目前已进入以系统级封装(SiP)、倒装焊(FC)和晶圆级封装(WLP)为代表的第四、第五阶段。传统封装以DIP、SOP、QFP等为主,先进封装则涵盖FC、WLP、2.5D/3D、SiP等技术,具备芯片尺寸小、引脚密度高、高度集成等特点。

Bumping(凸块)、RDL(重布线层)、Wafer(晶圆)和TSV(硅通孔)构成先进封装四大核心技术要素。其中,Bumping用于电气互联与应力缓冲;RDL实现XY平面互联,广泛应用于WLP与2.5D/3D封装;Wafer作为基底支撑WLP及2.5D集成;TSV则实现Z轴方向互联,对立体封装至关重要。

先进封装已广泛应用于手机、5G、AI、可穿戴设备、高性能计算等领域,技术壁垒与产品附加值显著高于传统封装。

先进封装材料为产业链核心上游,主要包括封装基板、包封材料、底部填充料、光刻胶、抛光材料、靶材、湿电子化学品等。代表性企业包括兴森科技、深南电路(封装基板),华海诚科、凯华材料(包封材料),联瑞新材(芯片粘结材料)等,下游客户为长电科技、通富微电、华天科技等封测厂商。

从市场结构看,传统封装中封装基板占比达40%,引线框架与键合丝各占15%。先进封装因不依赖引线键合,材料需求集中于封装基板与包封材料。

除上述两类外,先进封装特需材料包括:

  • 底部填充料(Underfill):用于FC封装,缓解热膨胀应力,提升可靠性,以环氧树脂为主。
  • 光敏聚酰亚胺(PSPI):用于WLP中RDL与钝化层,简化工艺流程。
  • 光刻胶:应用于RDL、TSV、Bumping等微米级厚胶工艺,光源多为g线(436nm)或i线(365nm)。
  • 抛光液与抛光垫:用于TSV工艺中的CMP环节,分为正面铜/阻挡层与背面抛光两类。
  • 靶材:用于Bumping中的UBM层及TSV电镀种子层,常用铜、钛、钽等材料。
  • 湿电子化学品:包括光刻胶剥离液、显影液、蚀刻液等,广泛用于TSV与Bumping工艺。

传统与先进封装共用材料包括:

  • 芯片粘接材料(Die Attach):用于芯片与基板粘接,DAF膜适用于20μm以下薄芯片。
  • 电镀液:用于Bumping、RDL、TSV等工艺,TSV主流采用铜电镀填充。

驱动因素:技术、应用与资本布局推动需求增长

技术演进:后摩尔时代,先进封装成为关键路径

随着制程逼近3~5nm物理极限,摩尔定律推进难度加大,成本上升。据IBS测算,晶体管成本降幅从16nm至10nm的30.7%降至5nm至3nm的4.2%,研发性价比下降。IRDS指出,半导体发展转向“超越摩尔”(More than Moore),通过2.5D/3D、SiP等先进封装提升系统性能,满足AI、物联网、新能源等领域多样化需求。

终端应用:AI算力爆发带动HBM与先进封装需求

ChatGPT推动AI商业化落地,算力需求激增。IDC预测,2022–2026年中国智能算力规模CAGR达47.58%。TrendForce预计,2023年AI服务器出货量同比增长38.4%,2022–2026年CAGR为22%。HBM(高带宽存储器)已成为高端AI服务器GPU标配,2023年全球HBM需求容量预计达2.9亿GB,同比增长近60%,市场规模达31.6亿美元,2025年有望突破100亿美元。

HBM采用TSV等先进封装技术实现3D堆叠,在有限空间内实现高带宽、低延迟,契合高性能计算需求。AI驱动的HBM放量将直接拉动先进封装材料需求增长。

客户布局:晶圆厂与封测厂加大资本投入

英特尔、台积电、三星等晶圆厂加速向先进封装延伸。Yole统计,2022年全球先进封装收入前十中,英特尔(55亿美元)、台积电(53亿美元)、三星(40亿美元)位列前三。三者当年封装领域资本支出分别为40亿、36亿、20亿美元,居全球前列。日月光、长电科技等传统封测厂亦同步增加投入。头部9大厂商封装资本开支从2021年的134亿美元增至2022年的145亿美元,同比增长8.21%,推动上游材料需求扩张。

市场趋势:先进封装成主要增量,中国增速领先

Yole预测,2028年全球封装市场规模将达1361亿美元,其中先进封装达786亿美元,占比57.8%,2022–2028年CAGR为10.0%,远高于传统封装的2.1%。2.5D/3D封装增速最快,CAGR达18.8%,市场份额将从2022年的20.8%升至2028年的32.8%。

中国大陆封装产业持续升级。JW Insights数据显示,2022年中国大陆封测规模达2995亿元,预计2026年达3248.4亿元,CAGR为2.05%。先进封装占比从2020年的36%提升,2023年预计达39%。Frost & Sullivan预测,2021–2025年中国先进封装CAGR达29.9%,为全球增速的近3倍。

核心材料市场分析

封装基板:成本占比高,ABF载板成增长主力

封装基板为价值最高的封装材料,在先进封装中成本占比达70%~80%。SEMI数据显示,2021年全球封装基板市场规模约100.83亿美元,预计2026年达155.17亿美元,CAGR为9%;中国大陆同期市场规模从390.06亿元增至420.10亿元,CAGR为1.5%。

ABF(Ajinomoto Build-up Film)载板主要用于FC、2.5D/3D等高性能封装,应用于CPU、GPU、FPGA等芯片。其层数多、线路细、导电性优,随先进封装渗透率提升而快速增长。

ABF下游中PC占比47%,但受宏观经济影响,IDC预计2023年PC出货量同比下降13.7%。然而,AI服务器与AI芯片需求强劲。TrendForce预计2022–2026年AI服务器出货CAGR达22%,2023年AI服务器+交换机与AI芯片合计占ABF需求35%。5G基站建设亦推动FPGA用量上升,5G占ABF需求7%。

我们预测,2025年全球与中国大陆ABF载板市场规模分别为70.34亿美元和23.95亿美元,中国大陆增速显著高于全球。

包封材料:环氧塑封料为主,国产替代空间广阔

包封材料占封装材料约13%,其中环氧塑封料占比约90%。SEMI数据显示,2015–2022年全球包封材料CAGR为1.98%,而中国大陆从48.5亿元增至77.2亿元,CAGR达6.87%,增速显著更高。

测算显示,2022年全球与中国大陆环氧塑封料市场规模分别为26.73亿美元和69.48亿元。2021年先进封装用环氧塑封料国内市场规模约6.6亿元,预计2025年达18.79亿元(中国)与26.68亿元(全球),CAGR分别为29.9%与10.0%。

其他材料:细分领域国产化进程加速

基于假设条件(如CAGR、汇率7.1768),预计2023–2025年全球先进封装材料市场规模为686/765/854亿元,CAGR为11.60%;中国大陆为235/314/420亿元,CAGR为33.42%,增速远超全球。

竞争格局:外资主导,国产替代空间广阔

ABF载板:供不应求,国产扩产提速

ABF载板市场高度集中,主要由日本、中国台湾及韩国厂商垄断。Prismark估计,2022年中国大陆厂商市占率仅约6%,国产化率极低。

供需缺口主因包括:1)关键材料ABF树脂由日本味之素垄断,扩产节奏滞后;2)技术壁垒高,线宽/线距进入5–7μm区间;3)设备投资大,单条产线投入超10亿元;4)客户认证周期长,替换难度高。

国内厂商加速布局:兴森科技投资72亿元建设广州与珠海FC-BGA基地;深南电路投资80亿元扩产广州与高阶载板项目;珠海越亚投资35亿元扩建高端载板产能。礼鼎、科睿斯等企业亦积极切入。

原材料端,华正新材、宏昌电子、天和防务等布局CBF积层膜与类ABF膜(“秦膜”),有望打破味之素垄断。

环氧塑封料:外资主导高端,国产替代持续推进

高端环氧塑封料仍由住友、蔼司蒂、京瓷等日企主导,国产化率约30%。华海诚科为内资龙头,产品覆盖传统与先进封装,已进入长电科技、华天科技供应链。高性能类产品市场份额从2015年接近0提升至目前10%–15%,替代进程加快。

其他材料:国产突破初现

底部填充料、PSPI、光刻胶、抛光材料、靶材等仍由海外厂商主导,国产化率普遍较低。但部分企业已取得突破:

  • 鼎龙股份:PSPI实现量产,打破国外垄断。
  • 安集科技:先进封装用电镀液进入客户量产导入阶段。
  • 上海新阳:电镀液通过多家国际封装厂认证并批量销售。
  • 有研新材:先进封装用靶材部分产品已量产,国内市场占有率领先。
  • 艾森股份:g/i线负性光刻胶通过长电、华天认证并批量供应。
  • 雅克科技:l-Line光刻胶客户端测试进展顺利。
  • 德邦科技:底部填充胶、DAF膜等产品通过关键客户验证。
  • 天承科技:沉铜化学品实现对安美特的替代,进入兴森科技、深南电路供应链。

重点公司分析

华海诚科:环氧塑封料龙头,先进封装布局深化

公司专注半导体封装材料,环氧塑封料营收占比超90%。2019–2021年营收CAGR达42.04%,归母净利润CAGR达241.15%。2022年受消费电子疲软影响业绩下滑,未来有望随AI与算力需求复苏回暖。

产品覆盖基础、高性能与先进封装类,应用于BGA、SiP、FOWLP等。高性能类产品已打破外资垄断,2019–2021年销售额从7617万元增至1.75亿元,收入占比超50%。先进封装产品已完成客户验证,有望实现产业化。

联瑞新材:球形硅微粉龙头,平台化拓展陶瓷填料

公司为国内最大球形硅微粉生产商,2021年产能超2.2万吨。产品广泛应用于覆铜板与环氧塑封料,客户包括三星、松下、住友等。2018–2022年营收CAGR为24.21%,归母净利润CAGR为34.01%。2023年Q1–Q3利润小幅下滑,主因行业下行。

球形硅微粉球化率达98.9%,磁性异物为0,性能达国际领先水平。球形氧化铝已批量供货莱尔德、瓦克、三星等客户,新增8000吨产能,形成新增长点。公司产销率接近饱和,产能持续扩张。

兴森科技:IC载板先行者,ABF产能加速释放

公司聚焦PCB与半导体业务,IC封装基板应用于存储、CPU、GPU等芯片。2018–2022年营收从34.73亿元增至53.54亿元,CAGR为11.43%。2023年Q1–Q3利润承压,主因FC-BGA项目投入与产能爬坡。

作为国内最早进入CSP载板的企业之一,客户涵盖瑞芯微、三星存储、长电科技等。珠海FC-BGA项目已试产,广州项目预计2023Q4试产。两大项目投产后有望显著提升ABF载板供应能力,受益国产替代。

深南电路:深耕电子互联,“3-In-One”布局完善

公司形成PCB、电子装联、封装基板三大业务协同,2018–2022年营收从76.02亿元增至139.92亿元,CAGR为16.48%;归母净利润CAGR为23.85%。2023年Q1–Q3受需求下行与新厂爬坡影响业绩短期承压。

持续加码IC载板:广州基地投资60亿元,目标2亿颗FC-BGA产能,一期已于2023年10月试产;高阶倒装芯片载板项目二期已投产,产能利用率约40%。公司在FC-CSP、RF、FC-BGA等领域具备量产能力,客户送样认证稳步推进。

其他重点企业

天承科技:封装载板沉铜化学品实现对安美特替代,客户覆盖东山精密、深南电路等。

德邦科技:芯片级底部填充胶、DAF膜通过长电、华天验证,持续批量出货。

雅克科技:先进封装用l-Line光刻胶客户端测试进展顺利。

艾森股份:g/i线负性光刻胶已批量供应,2022年销售收入386万元。

鼎龙股份:PSPI实现量产,预计2023年产能达40吨/年。

安集科技:电镀液进入客户量产导入阶段。

上海新阳:先进封装用电镀液通过国内外大厂认证。

有研新材:先进封装用靶材部分产品已量产,国内市场占有率领先。

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