三分天下的封測(cè)環(huán)節(jié)，為何增速低于代工業(yè)？

電子封裝是集成電路芯片生產(chǎn)完成后不可或缺的一道工序，是連接器件與系統(tǒng)的橋梁。

按照當(dāng)前國(guó)際上比較流行的觀(guān)點(diǎn)，在微電子器件的總體成本中，設(shè)計(jì)占到⅓，芯片生產(chǎn)占到⅓，而封裝和測(cè)試也占到⅓，可謂是“三分天下有其一”。

認(rèn)識(shí)與理解

在談及封裝的重要性之前，我們先來(lái)了解一下什么是封裝？

從工藝的角度看，封裝就是把集成電路裝配為芯片最終產(chǎn)品的過(guò)程。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是把Foundry生產(chǎn)出來(lái)的集成電路裸片（Die）放在一塊起到承載作用的基板上，把管腳引出來(lái)，然后固定包裝成為一個(gè)整體。

如果細(xì)說(shuō)的話(huà)，主要包括以下三種：

1、芯片封裝：利用膜技術(shù)及微細(xì)加工技術(shù)，將芯片及其它要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接，引出接線(xiàn)端子，并通過(guò)可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)的工藝。

2、電子封裝：將基板、芯片封裝體和分立器件等要素，按照電子整機(jī)要求進(jìn)行連接和裝配，實(shí)現(xiàn)一定電氣、物理性能，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂姓麢C(jī)或系統(tǒng)形式的整機(jī)裝置或設(shè)備。

3、集成電路封裝：保護(hù)芯片不受或者少受外界環(huán)境的影響（包括物理、化學(xué)的影響），并為之提供一個(gè)良好的工作條件，以使集成電路具有穩(wěn)定、正常的功能。

功能與作用

對(duì)于微電子器件而言，封裝是一道至關(guān)重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。因?yàn)榉庋b技術(shù)的高低，不僅直接影響著集成電路本身的電性能、機(jī)械性能、光性能、熱性能等，還在很大程度上決定著電子整機(jī)系統(tǒng)的小型化、多功能化、可靠性與成本。

具體來(lái)說(shuō)，封裝的主要作用如下：

1、物理保護(hù)：為了防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路造成腐蝕，因此芯片必須與外界隔離，達(dá)到保護(hù)電氣性能、保護(hù)芯片表面，以及連接引線(xiàn)等，使相當(dāng)柔嫩的芯片在電氣或熱物理等方面免受外力損害及外部環(huán)境的影響。

同時(shí)，通過(guò)封裝還可使芯片的熱膨脹系數(shù)與框架或基板的熱膨脹系數(shù)相匹配，以此緩解由于熱等外部環(huán)境的變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，以及由于芯片發(fā)熱而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而能夠防止芯片損壞失效。

需要說(shuō)明的是，選用不同的結(jié)構(gòu)和材料，其散熱效果也會(huì)不同，因此封裝越薄越好。對(duì)于功耗較大的芯片或部件封裝，應(yīng)考慮增加散熱片、熱沉片，或是使用強(qiáng)制冷卻手段，以保證系統(tǒng)在使用溫度要求的范圍內(nèi)能夠正常工作。

此外，封裝后的芯片也更加便于安裝和運(yùn)輸。

2、電氣連接：封裝的尺寸調(diào)整（間距變換）功能可由芯片的極細(xì)引線(xiàn)間距，調(diào)整到實(shí)裝基板的尺寸間距，從而便于實(shí)裝操作。

例如，從以亞微米（目前已達(dá)0.13μm以下）為特征尺寸的芯片，到以10μm為單位的芯片焊點(diǎn)，再到以100μm為單位的外部引腳，最后到以毫米為單位的印刷電路板，都是通過(guò)封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。封裝在這里起著由小到大、由難到易、由復(fù)雜到簡(jiǎn)單的變換作用，從而可以大幅降低操作費(fèi)用和材料費(fèi)用，并能提高工作效率和可靠性。

3、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化：規(guī)格通用功能是指封裝的尺寸、形狀、引腳數(shù)量、間距、長(zhǎng)度等有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，既便于加工，又便于與印刷電路板相配合，相關(guān)的生產(chǎn)線(xiàn)及生產(chǎn)設(shè)備都具有通用性。這對(duì)于封裝用戶(hù)、電路板廠(chǎng)家、半導(dǎo)體廠(chǎng)家都很方便。與之相比，裸芯片實(shí)裝及倒裝尚不具備這方面的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)與分類(lèi)

封裝的工序比較復(fù)雜，大概有十幾道工序，包括磨片、劃片、裝片、鍵合……如果僅從技術(shù)的角度看，封裝可分為四個(gè)層次：

第一層次：芯片互連級(jí)（零級(jí)封裝），是指把集成電路芯片與封裝基板或引腳架之間的粘貼固定電路連線(xiàn)與封裝保護(hù)的工藝，使之成為易于取放輸送，并可與下一層次的組裝進(jìn)行連接的模塊元件。

第二層次：一級(jí)封裝（多芯片組件），將數(shù)個(gè)第一層次完成的封裝，與其它電子元器件組成一個(gè)電子卡的工藝。

第三層次：二級(jí)封裝（PWB或卡），將數(shù)個(gè)第二層次完成的封裝組成的電路卡，組合成在一個(gè)主電路版上，使之成為一個(gè)部件或子系統(tǒng)的工藝。

第四層次：三級(jí)封裝（母板），將數(shù)個(gè)子系統(tǒng)組裝成為一個(gè)完整電子產(chǎn)品的工藝過(guò)程。

當(dāng)前，封裝技術(shù)大致可分為以下幾種方式：

1、TO晶體管外形封裝。這是早期的封裝規(guī)格，例如TO-92、TO-92L、TO-220、TO-252等都是插入式封裝設(shè)計(jì)。近年來(lái)，表面貼裝市場(chǎng)需求量增大，TO封裝也進(jìn)展到了表面貼裝式封裝，其中TO-252和TO263就是表面貼裝封裝。

2、DIP雙列直插式封裝。這是當(dāng)前最普及的插裝型封裝，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路（IC）均采用的是DIP封裝，其引腳數(shù)一般不超過(guò)100個(gè)，應(yīng)用范圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC、存貯器LSI、微機(jī)電路等。

采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時(shí)應(yīng)特別小心，以免損壞引腳。

DIP封裝具有兩大特點(diǎn)：一是適合在PCB（印刷電路板）上穿孔焊接，操作方便；二是芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。據(jù)了解，Intel公司早期CPU，如8086、80286就采用這種封裝形式，緩存（Cache）和早期的內(nèi)存芯片也是這種封裝形式。

3、SOP小尺寸封裝。這是DIP的縮小版，其引線(xiàn)中心距為1.27mm，材料有塑料和陶瓷兩種。

4、QFP塑料方型扁平式封裝。QFP封裝的芯片引腳之間距離很小、管腳很細(xì)，一般大規(guī)模或超大型集成電路都采用這種封裝形式。

5、PGA插針網(wǎng)格陣列封裝。PGA封裝的芯片，內(nèi)外有多個(gè)方陣形的插針，每個(gè)方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，其最大的特點(diǎn)就是插拔操作更方便、可靠性更高，并且可適應(yīng)更高的頻率。據(jù)了解，在Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用的是這種封裝形式。 

6、BGA球柵陣列封裝。由于具有成品率高、可靠性強(qiáng)，以及改善電熱性能等優(yōu)點(diǎn)，因此BGA封裝一出現(xiàn)，便成為了CPU、主板上南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。

7、CSP芯片尺寸封裝。為了滿(mǎn)足全球電子產(chǎn)品個(gè)性化、輕巧化的需求，封裝技術(shù)已經(jīng)進(jìn)步到了CSP。它減小了芯片封裝外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封裝尺寸就有多大。即封裝后的IC尺寸邊長(zhǎng)不大于芯片的1.2倍，IC面積只比晶粒（Die）大不超過(guò)1.4倍。

8、MCM多芯片模塊。為了解決單一芯片集成度低和功能不夠完善的問(wèn)題，把多個(gè)高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多層互聯(lián)基板上用SMD技術(shù)組成多種多樣的電子模塊系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了MCM多芯片模塊系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)就是封裝延遲時(shí)間縮小，易于實(shí)現(xiàn)模塊高速化；同時(shí)還能縮小整機(jī)/模塊的封裝尺寸與重量，并能大幅提高系統(tǒng)可靠性。

創(chuàng)新與突破

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，封裝的小型化和組裝的高密度化，以及各種新型封裝技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對(duì)電子組裝質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。所以，電子封裝的新型產(chǎn)業(yè)也就隨之出現(xiàn)了，即電子封裝測(cè)試行業(yè)。

在我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的大背景下，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)的崛起，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)工程師數(shù)量的日益增多，推進(jìn)了中國(guó)電子封裝測(cè)試行業(yè)迅速崛起。根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年我國(guó)集成電路封裝測(cè)試行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2193.9億元，同比增長(zhǎng)16.1%；截至2019年上半年，我國(guó)集成電路封裝測(cè)試行業(yè)銷(xiāo)售額累計(jì)達(dá)到1022.1億元，同比增長(zhǎng)5.4%。

（數(shù)據(jù)來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

從技術(shù)層面來(lái)看，近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些龍頭企業(yè)的先進(jìn)封測(cè)關(guān)鍵技術(shù)正在不斷取得突破：

1、江蘇長(zhǎng)電科技股份有限公司：應(yīng)用于5G通訊的高密度系統(tǒng)級(jí)封測(cè)技術(shù)取得進(jìn)步；導(dǎo)熱技術(shù)與混合封裝技術(shù)，可滿(mǎn)足5G市場(chǎng)高速率傳輸?shù)男枨?；新一代屏下指紋超薄封裝技術(shù)也有長(zhǎng)足進(jìn)展，不僅可以滿(mǎn)足未來(lái)手機(jī)在超薄設(shè)計(jì)的需求，還能大幅改善傳輸?shù)男屎蜏?zhǔn)確率，有益于未來(lái)超薄手機(jī)的安防與保密設(shè)計(jì)。

2、通富微電子股份有限公司：成功開(kāi)發(fā)了12英寸觸控與顯示整合芯片用金凸塊工藝技術(shù)，并開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)CPU封測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了大尺寸芯片Bumping的結(jié)構(gòu)、材料的設(shè)計(jì)與選型，以及CPU bumping圓片的CP測(cè)試技術(shù)、FCBGA倒裝封裝結(jié)構(gòu)手機(jī)等。

3、華天科技股份有限公司：毫米波雷達(dá)芯片封裝取得重大進(jìn)展，毫米波雷達(dá)芯片硅基扇出型封裝研制成功；存儲(chǔ)封裝，3D NAND&LPDDR MemoryBGA導(dǎo)入量產(chǎn)，建立了0.13超薄基板Memory封裝測(cè)試，3D NAND&LPDDR Memory產(chǎn)品從無(wú)到有；MEMS封裝，硅麥克風(fēng)三層堆疊工藝技術(shù)成功導(dǎo)入量產(chǎn)。

4、中科芯集成電路有限公司：成功開(kāi)發(fā)了12nm晶圓級(jí)芯片尺寸封裝的量產(chǎn)技術(shù)，覆蓋扇入/扇等高密度集成需要，還成功開(kāi)發(fā)了晶圓級(jí)有鉛/無(wú)鉛圓片級(jí)凸點(diǎn)制備技術(shù)，并且研制了高可靠基本型塑封技術(shù)。

發(fā)展與趨勢(shì)

1、回顧過(guò)去：2019年上半年，中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)銷(xiāo)售收入比重為39.6%，集成電路制造業(yè)銷(xiāo)售收入比重為26.9%，集成電路封裝測(cè)試業(yè)銷(xiāo)售收入比重為33.5%。對(duì)比過(guò)去，如今我國(guó)集成電路的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)明顯更加合理。

（數(shù)據(jù)來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

另外，根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2019年上半年，中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)銷(xiāo)售收入為1206.1億元，同比增長(zhǎng)18.3%，增速有所下滑。

（數(shù)據(jù)來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

對(duì)比代工業(yè)十年發(fā)展史，封測(cè)行業(yè)的增速明顯低于代工業(yè)：一是，在技術(shù)方面，代工業(yè)通過(guò)摩爾定律技術(shù)驅(qū)動(dòng)，重塑產(chǎn)業(yè)模式，確定了行業(yè)明顯增長(zhǎng)軌跡；而摩爾定律推動(dòng)封測(cè)行業(yè)發(fā)展不如代工業(yè)顯著。

二是，在生產(chǎn)格局上，F(xiàn)abless客戶(hù)委外代工是唯一選擇，而封測(cè)并沒(méi)有全部外包，這就決定了封測(cè)行業(yè)并未顯現(xiàn)同比例增長(zhǎng)。

（數(shù)據(jù)來(lái)源：天風(fēng)證券研究所）

2、展望未來(lái)：根據(jù)《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》發(fā)展目標(biāo)指出，到2020年集成電路產(chǎn)業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距逐步縮小，全行業(yè)銷(xiāo)售收入年均增速超過(guò)20%，企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強(qiáng)，關(guān)鍵裝備和材料進(jìn)入國(guó)際采購(gòu)體系，基本建成技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的集成電路產(chǎn)業(yè)體系；到2030年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國(guó)際第一梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。

在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策扶持和社會(huì)資金支持等利好條件下，未來(lái)我國(guó)半導(dǎo)體材料領(lǐng)域或?qū)⒂楷F(xiàn)出更多具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，而封測(cè)行業(yè)的增速也或?qū)㈦S之有所上漲。