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后摩尔时代”到来我国集成电路封测行业发展重要性愈发凸显 市场规模持续增长

一、行业相关概述

1、集成电路封装和测试的定义与作用

根据观研报告网发布的《中国集成电路封测行业现状深度研究与发展前景预测报告(2024-2031年)》显示,集成电路产业链可以分为IC设计、晶圆制造(也称前道工艺)、封装测试(也称后道工艺)三个核心环节,以及EDA/IP、半导体设备、半导体材料等三个支撑环节。集成电路封装测试是集成电路产业链中不可或缺的环节,一直伴随着集成电芯片技术的不断发展而变化。

集成电路产业链可以分为IC设计、晶圆制造(也称前道工艺)、封装测试(也称后道工艺)三个核心环节,以及EDA/IP、半导体设备、半导体材料等三个支撑环节。集成电路封装测试是集成电路产业链中不可或缺的环节,一直伴随着集成电路芯片技术的不断发展而变化。

资料来源:观研天下数据中心整理

集成电路封装主要是指安装集成电路芯片外壳的过程,包括将制备合格的芯片、元件等装配到载体上,采用适当的连接技术形成电气连接,安装外壳,构成有效组件的整个过程。安装集成电路芯片(元件)的外壳时,可以采用塑料、金属、陶瓷、玻璃等材料,通过特定的工艺将芯片(元件)包封起来,使得集成电路在工作环境和条件下能稳定、可靠地工作。封装主要起着安放、固定、密封、保护芯片,以及确保电路性能和散热性能等作用。随着芯片技术的发展,封装又有了新的作用,如功能集成和系统测试等。

集成电路测试既是集成电路设计的组成部分,也是芯片制造的一个环节。集成电路测试的主要作用是检测电路存在的问题、问题出现的位置和修正问题的方法。一般意义上的集成电路测试主要指在晶圆制造后阶段的圆片测试和成品测试,包括特征化测试、可靠性测试、质量保证测试等。

2传统封装和先进封装

在业界先进封装技术与传统封装技术以是否采用焊线来区分,传统封装主要是指先将晶圆切割成单个芯片再进行封装的工艺,利用引线框架作为载体,采用引线键合互连的形式进行封装,主要包括 DIP、SOP、SOT、TO、QFP 等封装形式。

先进封装主要是采用键合互连并利用封装基板来实现的封装技术,应用先进的设计思路和先进的集成工艺,对芯片进行封装级重构,并且能有效提升系统高功能密度的封装,主要包括倒装芯片(Flip Chip,FC)封装、晶圆级封装(Wafer Level Package,WLP)、2.5D 封装、3D 封装等。由于不同国家和地区、不同企业的发展水平不一致,有些时候也会将 QFN 和BGA 列入先进封装范围,本报告也采用这一划分方式。封装技术分为传统封装和先进封装,两种技术之间不存在明确的替代关系。根据产品工艺复杂程度、封装形式、封装技术、封装产品所用材料是否处于行业前沿,传统封装具有性价比高、产品通用性强、使用成本低、应用领域广的优点,与先进封装没有明确的替代关系。

3、集成电路封测特点

集成电路芯片对使用环境具有较高的要求,不能长时间裸露在外部环境中。空气中的杂质、腐蚀性气体甚至水蒸气都会腐蚀集成电路芯片上的精密蚀刻电路,导致性能下降或者失效。为了防止外部环境对芯片的损害,就必须用特定工艺将集成电路芯片包裹起来。集成电路封装,就是用特定材料、工艺技术对芯片进行安放、固定、密封,保护芯片性能,并将芯片上的接点连接到封装外壳上,实现芯片内部功能的外部延伸。集成电路芯片封装完成后,需要进行性能测试,以确保封装的芯片符合性能要求。通常认为,集成电路封装主要有电气特性的保持、芯片保护、应力缓和及尺寸调整配合四大功能。

集成电路封装功能

封装功能 详细介绍
芯片电气特性保持功能 通过封装技术的进步,满足不断发展的高性能、小型化、高频化等方面的要求,确保芯片的功能性
芯片保护功能 保护芯片表面以及连接引线等,使其在电气或物理方面免受外力损害及外部环境的影响。
应力缓和功能 受外部环境影响或芯片自身发热都会产生应力,封装可以缓解应力,防止芯片发生损坏失效,保证可靠性。
尺寸调整配合功能 由芯片的微细引线间距调整到实装基板的尺寸间距调整,从而便于实装操作。

资料来源:观研天下数据中心整理

集成电路测试在集成电路产业链中起重要作用。集成电路产品开发是否成功、产品生产是否合格、产品应用是否优良均需要验证与测试。测试环节可以确保芯片良率、减少封装成本,测试数据可以用于指导芯片设计和封装环节的工艺改进。按测试内容分类,集成电路测试可分为参数测试和功能测试。

集成电路测试分类

测试类别

测试项目

测试内容

参数测试

直流参数测试

主要测试芯片的电压,电流的规格指标,常见直流参数测试项目有静态电流、动态电流、端口驱动能力等。

交流参数测试

确保芯片的所有时序符合规格,常见交流参数测试项目有上升时间,下降时间,端到端延时等。

混合信号参数测试

测试芯片的音视频信号相关的数字转模拟模块,模拟转数字模块的性能指标,常见混合信号测试项目有信噪比,谐波失真率,噪声系数等。

射频参数测试

测试芯片的射频信号是否符合芯片的设计规格,常见的射频模块测试项目有噪声系数、隔离度、接收灵敏度等。

功能测试

数字电路模块功能测试

芯片功能项目测试主要是验证芯片的逻辑功能是否正常,常见芯片功能测试项目有 SCAN、BIST、GPIO 等

存储器读写功能测试

对芯片嵌入式存储器和独立存储器模块的读写功能进行测试,排除电路间的开路、短路和相互干扰的缺陷。常见的测试包括 1/0 读写测试、棋盘格(Checkboard)向量测试、行军(Marching)向量测试。

资料来源:观研天下数据中心整理

二、行业发展历程回顾

中国集成电路封测行业发展和集成电路产业息息相关,发展历程基本同步,因此我国集成电路行业的发展历程和集成电路封测行业的发展历程相同。

1初创期(1965~1978年):

在这个阶段,中国集成电路产业以计算机和军工配套为目标,主要开发逻辑电路产品,初步建立了集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件。

2探索发展期(1978~1990年):

这一时期,中国开始引进美国的二手设备,以改善集成电路装备水平,并重点配套消费类整机,特别是彩电集成电路的国产化问题得到了较好的解决。

3重点建设期(1990~2000年):

在这个阶段,中国集成电路产业以908工程和909工程为重点,以CAD为突破口,着重进行科技攻关和科研开发基地的建设,为信息产业服务,并在多个领域实现了科研技术的突破。

4快速发展期(2000年至今):

进入21世纪后,中国集成电路产业迎来了快速发展期。特别是2000年后,国家集成电路产业投资大基金成立,对集成电路企业进行了大力扶持,产业聚集效应日益明显。随着技术的进步和市场的扩大,中国的集成电路产业规模迅速增长,并在多个领域取得了显著成就。

5当前发展状态:

目前,中国集成电路行业正处于经济高速增长向中高速增长转换的新常态下。中央政府正推出一系列重大项目、工程和政策,围绕民生、公共基础设施和能拉动消费的基础设施领域进行投资,集成电路作为典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业,在其中扮演着重要角色。

近年来,随着集成电路制程技术的不断进步和“后摩尔时代”的到来,先进封装技术的作用日益凸显。中国封装企业开始加快创新步伐,逐渐引入并量产了QFN、BGA、WLP、SiP、TSV、3D等先进集成电路封装形式。这些技术的引入和应用,使得中国集成电路封装测试业的技术水平得到了显著提升。

同时,政府政策的支持和引导也为中国集成电路封装测试业的发展提供了有力保障。自2006年以来,国务院、国家发改委、工信部等多部门都陆续印发了支持、规范集成电路封装测试行业发展的政策,内容涉及集成电路封装测试发展技术路线、集成电路封装测试发展指标等。这些政策的实施,为集成电路封装测试市场提供了良好的发展环境。

三、行业发展现状

1、市场规模

20 世纪 70 年代半导体产业在美国形成规模,美国一直保持着全球半导体产业第一的地位,而后重心向日本迁移;20 世纪 90 年代到 21 世纪初,半导体产业重心向中国台湾和韩国迁移。目前全球正经历半导体产业链重心转移至中国大陆的第三次迁移,为我国集成电路实现国产替代提供良好机遇。全球封测龙头厂商相继接力扩产,秉持生产基地秉承靠近客户原则,新建扩产项目主要集中在亚洲地区。

2020 年线上经济崛起叠加经济刺激,催化消费电子爆发和汽车电子加速渗透,行业景气度逐步复苏。2022 年受欧洲地缘政治风险升级、美国持续高通胀、全球疫情反复等外部因素影响,全球三大半导体市场需求持续低迷,2022H2 半导体销售额增速逐季下滑。随疫情放开全球经济回暖,5G、数据中心、智能汽车等下游需求持续发展,2023 年行业迎来触底反弹。

随着我国集成电路国产化进程的加深、下游应用领域的蓬勃发展以及国内封测龙头企业工艺技术的不断进步,国内封测行业市场空间近年来不受国外市场营销,市场规模持续保持增长态势。2023年我国集成电路封测行业市场规模为3483亿元。具体如下:

随着我国集成电路国产化进程的加深、下游应用领域的蓬勃发展以及国内封测龙头企业工艺技术的不断进步,国内封测行业市场空间近年来不受国外市场营销,市场规模持续保持增长态势。2023年我国集成电路封测行业市场规模为3483亿元。具体如下:

资料来源:中国半导体行业协会,观研天下数据中心整理

2、供应规模

随着全球半导体产业链向国内转移,中国集成电路封装行业取得了飞速的发展,并已成为我国半导体的强势产业。国内本土企业的崛起和国外半导体公司向国内转移封装能力,共同推动了国内集成电路封装行业的发展,这为国内集成电路封装测试市场的供应提供了有力保障。

中国集成电路封装行业的技术水平不断提升。先进封装技术,如倒装芯片(FC)结构的封装、圆片级封装(WLP)、2.5D封装和3D封装等,在当前已成为主流。这些技术的广泛应用不仅提升了集成电路的性能,还满足了市场对于高效率、多集成等特性的需求,从而进一步丰富了市场供应。

中国集成电路封装测试市场的竞争格局日趋激烈。众多国内外企业纷纷加大技术研发投入,通过提升技术创新能力、优化产品性能以及降低生产成本等方式,以在激烈的市场竞争中占据一席之地。这种竞争格局的形成,既提升了市场的供应能力,又促进了行业的整体进步。

此外,中国集成电路封装行业还积极响应国家政策,加大在智能化、绿色化等方面的投入,推动行业的可持续发展。这些政策的实施,不仅提升了行业的供应能力,还推动了行业的转型升级。

近年来我国集成电路产量保持总体增长态势,2021年我国集成电路产量达到近年来最大,为3594亿块,2022年有所降低为3242亿块,2023年产量回升至3514亿块。我国已经成为全球集成电路产业主要生产大国。

近年来我国集成电路产量保持总体增长态势,2021年我国集成电路产量达到近年来最大,为3594亿块,2022年有所降低为3242亿块,2023年产量回升至3514亿块。我国已经成为全球集成电路产业主要生产大国。

资料来源:工信部,观研天下数据中心整理

3、需求规模

首先,随着信息技术的快速发展和智能化、数字化趋势的加强,中国集成电路市场呈现出爆炸性增长。消费电子、通信、计算机、汽车电子等领域对集成电路的需求持续攀升,推动了集成电路封测行业的快速发展。特别是在5G、物联网、人工智能等新兴技术的推动下,集成电路的应用场景更加广泛,对集成电路封装测试的需求也进一步增加。

其次,随着国内集成电路产业的快速发展,越来越多的国内企业开始涉足集成电路设计、制造和封装测试等领域。这些企业对集成电路封装测试服务的需求旺盛,推动了中国集成电路封装测试市场的规模不断扩大。同时,国内集成电路企业对封装测试技术的要求也在不断提高,对封装测试企业的技术水平和创新能力提出了更高的要求。

此外,全球集成电路产业向中国转移的趋势也为中国集成电路封装测试行业带来了更多的需求。越来越多的国际集成电路企业选择在中国设立生产基地或研发中心,这不仅增加了对封装测试服务的需求,也为中国集成电路封装测试企业提供了更广阔的发展空间。

同时,由于集成电路产品的复杂性和多样性,客户对封装测试服务的需求也呈现出个性化和多样化的特点。客户要求封装测试企业能够提供定制化的解决方案,满足其特定的产品需求和性能要求。因此,封装测试企业需要具备较强的技术研发能力和创新能力,能够根据客户需求提供个性化的服务。

经计算,2023年我国集成电路需求量为5631亿块,较上年有所降低,从总体来看,我国仍然是全球主要的集成电路需求国。

经计算,2023年我国集成电路需求量为5631亿块,较上年有所降低,从总体来看,我国仍然是全球主要的集成电路需求国。

资料来源:中国海关,工信部,观研天下数据中心整理

、行业细分市场

1、封装市场

集成电路封装技术发展大致分为五个阶段,目前处于第三阶段成熟期,正向第四阶段演进。全球封装技术的主流处于第三代的成熟期,封测行业正在经历从传统封装向先进封装的转型。目前国内市场主流封装产品仍处于第二、三阶段,在先进封装方面,大陆封装行业整体发展水平与境外仍存在一定的差距。

随着 5G、高端消费电子、人工智能等新应用发展以及现有产品向 SiP、WLP 等先进封装技术转换,先进封装市场需求维持了较高速度的增长。

2023年我国封装行业市场规模为2786亿元。

2023年我国封装行业市场规模为2786亿元。

资料来源:观研天下数据中心整理

2、测试市场

测试技术现阶段需要能充分满足客户对芯片功能、性能和品质等多方面要求,提供个性化的专业服务,保证产品质量的同时还需在测试时间和测试能效上作出进一步突破。此外,随着集成电路行业垂直分工趋势的日益明显和众多新兴下游领域的涌现,独立第三方测试企业需要向专业化、规模化的方向努力,达到能够迅速反应市场需求、满足客户对于不同产品的个性化测试要求的经营水平。我国专业测试企业规模普遍偏小,产能相对有限,在高端产品测试能力、产品交期、产品质量、服务个性化和多样化等环节仍处于追赶国际领先企业的状态。

2023年我国集成电路封测行业测试市场规模为697亿元。具体如下:

2023年我国集成电路封测行业测试市场规模为697亿元。具体如下:

资料来源:观研天下数据中心整理(WWTQ)

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