半导体:IC封装基板行业竞争格局、未来创新方向及三重技术壁垒

导 读

封装基板市场整体呈三足鼎立,中国台湾、韩国与日本的 IC 封装基板厂商产值占整体产值超过 90%。封装基板行业集中度较高,强者恒强。根据 Prismark 数据统计,2016-2021 年 IC 载板市场 CR10均在 80%以上,2022 年为 85%进一步提升。中美高度重视封装基板产业,正加速追赶。

从载板发展未来看:BT 和 ABF 依然是核心增长驱动力,玻璃基板可能是行业十年后的创新方向。

IC 载板由于直接和裸芯片相连,其制造存在资金(大)、技术(难)、客户(慢)三重壁垒,三重壁垒巩固龙头地位

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行业竞争格局:日中韩三足鼎立

1.1.封装载板:PCB 增速最快细分领域,先进封装驱动封装基板成长

随着服务器、5G、人工智能、大数据、物联网、智能驾驶等领域的快速发展,对芯片的需求持续增长,作为核心材料的集成电路封装基板已成为 PCB 行业中增长最快的细分行业。根据 Prismark 统计,2022 年全球 IC 封装基板行业整体规模达 174 亿美元,同比增长 20.90%,预计到 2027 年规模将达到 223.00 亿美元,呈现快速增长的发展态势。


IC 封装基板广泛应用于消费电子、工业控制、通信、计算机、汽车电子和军事航空等领域,下游应用领域的快速发展为 IC 封装基板行业带来巨大的市场空间。未来,随着 AI、5G和自动驾驶等行业的爆发,市场对于高性能逻辑芯片和大容量存储芯片的需求有望持续提升,进而为IC封装基板行业带来全新的发展机遇。


先进封装增速高于整体封装,将带动封装基板增长。据IBS统计,在达到 28nm制程节点以后,如果继续缩小制程节点,每百万门晶体管的制造成本不降反升。在摩尔定律减速的同时,计算需求却在暴涨。因此,先进封装成为超越摩尔定律方向中的一条重要赛道。

Yole 最新的数据显示,全球先进封装市场规模将由 2022 年的 443 亿美元,增长到 2028 年的 786 亿美元,2022-2028 年市场规模 CAGR 为 10.6%。根据 Yole预测,先进封装占整体封装的比重将从 2014 年的 38%上升至 2026 年的 50.2%。2019.2025 年先进封装市场规模增速 CAGR6.6%,远远高于传统封装的 1.9%。先进封装市场的增长更为显著,将成为全球封装市场的主要增量。


1.2. 日、中国台湾、韩三足鼎立,中国大陆、美国加速追赶

从 IC 载板历史发展来看,日本厂商最早全球领先,而后产能跟随半导体产业链部分转移向中国台湾、韩国。从龙头公司产品结构来看,中国台湾企业产品系列较全面,日本企业主要集中于一般类、高端类产品系列,韩国企业主要集中于入门类和一般类产品系列。

封装基板市场整体呈三足鼎立。根据中国台湾电路板协会统计,中国台湾、韩国与日本的 IC 封装基板厂商产值占整体产值超过 90%。其中,中国台湾 IC 封装基板厂商为全球最大 IC 封装基板供应者,占整体产值约 38.3%,日本和韩国分别占到整体产值的 25.6%和 26.7%。

封装基板行业集中度较高,强者恒强。根据 Prismark 数据统计,2016-2021 年 IC载板市场 CR10 均超过 80%,2022 年为 85%进一步提升。根据中国台湾电路板协会统计,2022 年全球前十大封装基板供应商及市占率分别为:欣兴电子(17.7%)、南亚电路(10.3%)、揖斐电 (9.7% )、三星电机 (9.1%)、新光电气 (8.5% )、景硕科技(7.3%)、LGInotek (6.5% )、AT&S (6.1% )、大德电子 (4.9%) 以及信泰电子(4.7% ).


中美高度重视封装基板产业,正加速追赶。作为半导体集成电路重要的封装材料,IC 封装基板的发展得到了中国大陆相关产业政策的大力支持。中国大陆先后通过出台《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》《基础电子元器件产业发展行动计划 (2021-2023 年)》等政策方针,将 IC 封装基板行业相关产品列为重点发展对象。2022年 10月,根据国家发展改革委与商务部发布的《鼓励外商投资产业目录(2022 年版)》,“高密度互连积层板、单层、双层及多层挠性板、刚挠印刷电路板及封装载板等”被列为“鼓励类”发展产业。

2023年 11 月,美国发表最新国家先进封装制造计划,包含约 30 亿美元补贴资金目的是提高美国半导体的先进封装能力,弥补其半导体产业链的缺口。目前,美国的芯片封装产能只占全球的 3%。美国希望通过国家先进封装制造计划,到 2030 年之际拥有多个大批量先进封装设施,并成为最复杂芯片大量先进封装的全球领导者。美国商务部预计将于 2024年宣布其芯片封装计划的第一个材料和基板补助目标。


1.3.BT载板:韩国领先,受益存储芯片规模增长驱动

BT载板韩国领先。根据中国台湾电路板协会统计,2022年全球BT封装基板产值约为 81.8 亿美元,占整体封装基板产值约 45.9%。韩国 BT 封装基板厂商产值约占43.6%,中国台湾 BT 封装基板厂商产值约占 30.3%,日本 BT 封装基板厂商产值约占15.0%。


其中,韩国 LGInnotek、三星电机、信泰电子等公司占据全球 BT 封装基板的主要份额。根据中国台湾电路板协会统计,全球BT 封装基板前五大厂商分别为LGlnotek (14.2%)、三星电机 (11.9%)、信泰电子 (10.3%)、景硕科技(9.5%) 以及欣兴电子 (7.7%)。


存储芯片规模扩张带动BT载板需求上行,BT载板的下游应用中存储占据最大份额,而存储芯片的下游应用主要来自手机、PC和服务器。

新兴产业飞速发展,存储芯片需求广阔。在5G、云计算以及 AI 等新兴产业快速发展背景下,存储芯片具备广阔的市场空间。根据 WSTS 数据,2022 年全球存储芯片市场规模约为 1344.1亿美元。

全球存储行业市场规模出现环比提升,存储市场回暖拐点确立。DRAM 和 NAND的市场规模从 202302 开始环比提升,一改连续四季度减少的趋势,其中DRAM202302 全球市场规模环比提升 20.4%,NAND202302 全球市场规模环比提升7.4%。


存储行业现处于周期底部,有望恢复增长态势。以DRAM:DDR3/4GB/256Mx16 价格周期为例,存储周期大致 4年,本轮周期起始于 2001,2103 存储器价格见顶,至今降价 7个季度。过去一次存储价格的周期底部位于 2019 年中旬,下行周期内跌幅超 66%,随后产品价格触底反弹。目前产品的价格维度已经到达拐点,今年 04至 24年上半年,价格有望止跌上行。


1.4.ABF载板:AI加速成长,全球领先企业加速扩产

根据中国台湾电路板协会统计,2022 年全球 ABF 封装基板产值约为 96.6 亿美元,占整体封装基板产值约 54.1%。中国台湾 ABF 封装基板厂商产值约占 45.1%,日本 ABF封装基板厂商产值约占 34.6%,韩国 ABF封装基板厂商产值约占 12.4%。


根据中国台湾电路板协会统计,前五大 ABF封装基板厂分别为欣兴电子(26.6%)、南亚电路 (13.5%)、新光电气 (12.8% )、揖斐电 (14.6%)、AT&S (8% )。


从 ABF 载板下游市场规模来看,PC 用 IC 芯片仍然是 ABF 载板用量最大的下游市场,服务器/转换器、Al芯片以及 5G 基站芯片 ABF 用量逊于 PC,但增长更快,是未来 ABF 基板增长的主要动力,预计到 2023 年,ABF 载板 PC 端用量占比达 47%,服务器/交换器、Al芯片和5G 基站用量占比分别为 25%、10%和7%。


从 ABF 载板上游来看,ABF 树脂是 ABF 载板的重要原材料,由Intel 主导研发,日本味之素占据了很大部分的市场份额,占有超过 98%的市场份额,根据味之素披露数据以及其扩产节奏,预计2021-2025 年 ABF 树脂出货量的复合增速约为 16.08%。


拓璞产业研究院给出数据,2021 年 ABF 载板平均月需求量为 2.34 亿颗,2023 年将达 3.45 亿颗,CAGR 达到 21.42%。世界最大的载板供应商欣兴电子表示,其 ABI载板产能已经被预定至 2025 年。

由于供需出现缺口,为了提升 ABF 载板的供应能力,日、韩、中国台湾地区的龙头封装基板供应商纷纷投资扩建 ABF 载板产能。23-24 年将会是产能释放的高峰期。

随着半导体行业高速率、大容量等趋势变化,ABF 载板需求增速加快。在苹果推出的 MiUltra 芯片中,所采用的 InFo-L 封装技术采用了大面积的 ABF,所需面积为MIMax 的两倍,且精密度要求更高。除苹果 Ml Ultra 芯片外,英伟达服务器 GPUHopper 与超威半导体的 RDNA3 PC GPU 都将在今年改采 2.5D 封装,今年 4月,也有媒体报道,日月光先进封装切入美国一流服务器芯片厂商供应链。

据兆丰国际汇整预测,PC CPU中,2022~2025 年 PC CPU/GPU ABF 消耗面积分别约为 11.0%和 8.9% CAGR,CPU/GPU 2.5D/3D封装 ABF 消耗面积则分别高达 36.3%和99.7%CAGR。


服务器中,兆丰国际汇整预测 2022~2025 年 CPU/GPU ABF 消耗面积约 10.8%和16.6%CAGR,CPU/GPU 2.5D/3D封装 ABF 消耗面积约 48.5%和 58.6%CAGR。


大算力芯片向先进封装迈进将成为ABF载板需求成长的主因。此外,ABF的另一个推动因素就是 AI、5G、自动驾驶、物联网等新技术、新应用的兴起。以此前最为热门的元宇宙来说,AR/VR 等头显设备作为未来元宇宙重要的入口,背后隐藏着巨大的芯片机会,而这些芯片机会也将成为推动 ABF 载板市场增长的新增长力。Gartner 预计,2023年 AI芯片市场规模将达到 534 亿美元,比 2022 年增长 20.9%,2024 年将增长 25.6%,达到 671 亿美元。到 2027 年,AI 芯片营收预计将是 2023 年市场规模的两倍以上,达到1194 亿美元。


Chiplet 封装技术的崛起进一步推动 ABF 载板需求。Chiplet 意为芯粒,通过将系统级芯片 SoC 按照不同功能拆分为不同大小和性能的小芯片。不同的模块,比如CPU、存储器、模拟接口等,可以采用不同的工艺分别进行生产。因此,Chiplet 模式具有开发周期短、设计灵活性强、设计成本低等特点。大面积矩形 SoC 芯片在 12英寸晶圆上进行封装,造成晶圆边缘面积大量浪费,封装效率降低、单颗芯片封装成本提高,无法满足 Chiplet 发展的更高要求。Chiplet 可以通过 MCM、InFO、CoWoS、EMIB 等多项封装技术实现,核心技术主要由台积电、日月光、英特尔等全球半导体龙头厂商主导,横跨 2D至 3D等多个级别的封装技术。不同方案具备不同的封装难度、成本和性能,可以满足下游客户不同偏好的需求。

Chiplet 市场规模 2035 年有望达到 570 亿美元。根据 Omdia 的数据,Chiplet的市场规模在 2018 年仅有 6.45 亿美元,2024 年预计可以达到 58 亿美元,2018-2024 年复合增速约为 44%;同时 Omdia 预计 Chiplet 市场规模在 2035 年有望达到 570 亿美元,2024-2035年复合增速约为 23%。

先进封装是为延续摩尔定律而生,原因在于先进封装能协助芯片整合在面积不变下,促成更高的效率,透过 chiplet 封装技术,将来自不同制程、不同材料的个别芯片设计置于中介层基板之上的异质整合技术,要将这些芯片整合在一起,就是需要更大的 ABF 载板来放置。换言之,ABF 载板耗用的面积将随 chiplet技术而变大,而载板的面积越大,ABF的良率就会越低,ABF载板需求也会进一步提高。


1.5 玻璃基板:未来创新发展方向

Intel 一直在探索用玻璃取代有机基板,经过十多年的努力,他们已经取得了重大进展。玻璃基板就是用玻璃取代有机封装中类似印刷电路板的有机材料。虽然这并不意味着用玻璃取代整个基板,但基板的核心材料将由玻璃制成。与此同时,金属再分布层(RDL)仍然存在于芯片的两面,为各种焊盘和焊点之间提供实际的通道。


英特尔公司称其为“程碑式的成就”将重新定义芯片封装的边界,能够为数据中心、人工智能和图形构建提供改变游戏规则的解决方案,推动摩尔定律进步。英特尔计划在本十年晚些时候开始出货。第一批获得玻璃基板处理的产品将是其规模最大、利润最高的产品,例如高端HPC(高性能计算)和AI芯片。

英特尔目前在美国亚利桑那州拥有一条完全集成的玻璃研发线,这条生产线的成本超过 10 亿美元,为了使其正常运行,需要与设备和材料合作伙伴合作,建立一个完整的生态系统。业内只有少数公司能够负担得起此类投资,而英特尔似乎是迄今为止唯一一家开发出玻璃基板的公司。

英特尔预计,玻璃基板具有卓越的机械、物理和光学特性,使该公司能够构建更高性能的多芯片 SiP,在芯片上多放置 50%的裸片(die)。特别是,英特尔预计玻璃基板能够实现容纳多片硅的超大型 24x24cmSiP。同时可实现更高的互连密度(即更紧密的间距 ),使互连密度增加十倍成为可能,这对于下一代 SiP 的电力和信号传输至关重要。玻璃基板还可将图案变形减少 50%,从而提高光刻的焦深并确保半导体制造更加精密和准确。


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三重壁垒巩固行业龙头地位

IC 载板由于直接和裸芯片相连,其制造存在资金(大)、技术(难)、客户(慢)三重壁垒。

1)资金壁垒:

IC 封装基板生产工艺复杂,对生产场地及设备投资规模要求高,资金需求量大且投资回报周期长。下游客户在对 IC 封装基板厂商进行认证时,制程能力、产能和品质稳定性等是考核供应商的重要指标,生产设备是决定制程能力、产能和品质稳定性的关键因素,因此设备上的高投资对新进入者构成障碍。此外,IC 封装基板厂商须对生产设备、工艺研发等进行持续投入,以保持和提升产品的竞争力,进而适应行业发展的趋势。因此,IC 封装基板行业投资规模大、达产周期长,对于拟进入行业的企业构成较高的投资壁垒。

2)技术壁垒:

技术积累与研发创新壁垒 IC 封装基板根据基材材质、层数、线宽线距、手指中心间距等核心参数的区别,需要选择不同生产设备和工艺路线,定制化程度非常高,整个生产过程涉及材料学、光学、化学、电磁学、自动化控制、检测等众多跨专业学科,以及几十甚至上百道工序。在生产过程中,任何一个技术盲点或工艺缺陷都可能会导致产品缺陷。此外,为了匹配下游芯片的快速选代,IC 封装基板生产企业需要不断地在新产品、新工艺等领域研发创新,在工艺制程、产品性能、自动化水平等因此,IC 封装基板生产企业需要经过长期的技术积累和经验总结,才能完全掌握整个生产工艺,形成自身的核心技术,并需要持续的研发创新,对于拟进入行业的企业构成较高的壁垒。

3)客户壁垒:

IC 封装基板作为芯片的核心材料,其产能、品质、交期等都直接影响到下游客户制造芯片的性能、良率与效率。因此,下游客户为保证自身产品质量生产效率和供应链的安全性,对 IC 封装基板供应商通常采用“合格供应商认证制度”IC 封装基板企业拟成为下游客户的合格供应商,需要具备丰富的行业经验、优秀的产品品质、稳定的生产能力、持续的技术迭代、高效交付能力和良好的品牌声誉,且需要通过严格的审厂、打样、小批量订单等一系列认证程序,周期长达半年至两年。下游客户更换供应商的转换成本高且周期长,因此若无特殊情况,其往往会与 IC 封装基板供应商保持长期合作。因此,下游客户对 IC 封装基板企业严苛的认证标准、程序和周期,对于拟进入行业的企业构成较高的客户壁垒。

精选报告来源:银创智库

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页面更新:2024-02-03

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