【干货】封装材料的现状与发展
主要观点
在传统封装发展到如今先进封装的背景下，本文对先进封装应用所带来的封装材料上的变化进行了比较清晰的梳理。
2017年全球封装材料市场191亿美金，我们预计2018年会有2%左右的营收增幅。我们列举了在载板、引线框架、键合线、塑封料这4个主要材料领域的前几名供应商营收占比情况。
随着FOWLP/2.5D/3D TSV技术的应用，传统的几大主要封装材料面临着一些变化。此外，随着先进封装的逐步应用，封装材料的变化趋势有：
①随着扇出型晶圆级封装技术逐步应用，线宽线距最低达2um，层压基板的成长将趋缓；
②RDL层需要WLP电介质材料，WLP电介质成长性将比较好；
③5G将在2019年商用，mmWave的应用，将带来液晶高分子聚合物(LCP)的发展；
④电镀化学品的成长性将比较好，汽车电子中半导体含量的持续提升，PPF QFN制程技术将会应用的越多，粗化电镀流程成为不可或缺的一步；
⑤引线框架的局部电镀，将使扩充光阻电镀功能越加重要；
⑥电源应用中，将逐渐采用高导热粘接粒材料，取代焊锡粘接晶；
⑦热增强和高电压模塑化合物的使用将更多，塑封化合物材料的持续改进以应对翘曲、可靠性等要求；
1.芯片的封装(Packaging)
芯片封装是将外壳安装在芯片外面，芯片的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。封装起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用。
1.1封装的发展
几十年来，封装形式从DIP发展到SOP，再到BGA、CSP、WLP和3D等，主要的封装类型多而广。
传统的切片后单芯片封装逐步发展到如今的系统级封装、晶圆级封装、3D TSV封装技术，无论是在技术工艺方面、还是材料方面都面临着很多的挑战。
此外随着台积电凭借工艺、设备优势开始进入中道封装领域，苹果IPhone 7首次使用台积电的InFO封装技术并实现大量出货，传统封装代工厂开始面临着越来越大的竞争和挑战。
1.2先进封装
通常意义上指的先进封装(Advanced Packaging)包括WLP、2.5D、3D及部分SiP封装。
1.2.1 先进封装的应用场景
我们以日月光的先进封装类型举例，说明不用应用场景的封装类型：
过去几年，智能手机市场一直是半导体、电子行业发展的最大驱动力。手机轻薄化、高性能等要求带来的零组件的封装形式如下图所示：
对比三星Galax S系列手机和苹果iPhone系列手机SiP的比重，每一代苹果手机的SiP占比都高于三星S系列手机，最新款iPhone X的SiP占比已经达到22%。
5G的到来，封装将从3G/4G时代的FC CSP/FC SiP封装逐步向Pre-5G的Double-sided FC Substrate SiP/Embedded SiP再到5G的FO-3D SiP发展。
1.2.2 先进封装的市场
根据Yole的预测，未来5年FIWLP/FOWLP/Flip-Chip/Embedded Die将以8%、36%、5%、24%的复合增速成长。
2.封装测试厂
2.1封装厂能力
我们根据公司财报，整理了日月光和长电的各地工厂不同的封装能力：
在高阶高密度HPC、网络等领域，封装尺寸大于20mm×20mm的Fan-Out主要玩家是ASE/TSMC/Amor/SPIL等，在中低阶封装尺寸为10mm×10mm到20mm×20mm的Fan-Out领域玩家增加了三星。
2.2封装厂营收变动
2017年全球封测代工厂的营收总计247.05亿美金，前十大代工厂的营收有212.6亿美金，占比86.05%；大陆三大封装代工厂长电、华天、通富的营收合计53.4亿美金，在前十大封装厂中占比25.11%。
2018年半年度，前十大封装代工厂的营收总计119.53亿美金，大陆三大封装代工厂的营收合计26.5亿美金，在前十大封装厂中占比22.17%，占比有所下降，主要是因为先进封装的产能主要由台湾代工厂商开出。
从日月光和矽品的营收走势来看，年初至今日月光的同比增速从个位数3.99%增加到9月份的15.8%，矽品的营收同比增速从年初-9.5%增加到9月份的6.39%。
2.3封装厂的先进封装情况
日月光的先进封装营收在2017年财年达到了全部营收的29.9%，包括Bumping、Flip Chip、WLP和SiP封装。
2017财年，前十大客户为安靠贡献了67%的营收，实现了10/14/16nm尺寸的封装设计，RF/MEMS/WLCSP/WLFO等封装形式的产品实现出货。Flip Chip、WLP等先进封装类型带来的营收在2017年度的占比为46.6%。
2017年度，长电科技收购星科金朋后合并报表，SiP、FOWLP等先进封装技术带来的营收占比56.2%。
2017年度，矽品在WLSiP研发上花了很大功夫，FOWLP和2.5D IC开始应用，全年实现25.06亿美金的营收（含先进封装）。
3.封装材料
封装材料可以分为载板、引线框架、键合线、塑封化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、焊球、电镀液等。
3.1封装材料市场
根据SEMI数据，2017年全球封装材料市场为191亿美金，其中层压基板、引线框架、键合金属线、塑封料四大主要材料的占比分别为32.46%、16.75%、16.23%和6.81%。
2000年到2011年之间全球封装材料的销售额是逐步增加的，而2011年至今封装材料的绝对销售额则出现平缓下降的态势，在190亿到200亿美金之间波动。我们预测封装材料市场在2017-2021年将以2%左右的复合增长率增长。
3.2 封装材料发展趋势
随着先进封装的应用越来越多，先进封装的材料主要有：
封装材料的发展趋势主要有：
①随着扇出型晶圆级封装技术逐步应用，线宽线距最低达2um，层压基板的成长将趋缓；
②RDL层需要WLP电介质材料，WLP电介质成长性将比较好；
③5G商用在2019年的到来，mmWave的应用，将带来液晶高分子聚合物(LCP)的发展；
④电镀化学品的成长性将比较好。汽车电子中半导体含量的持续提升，PPF QFN制程技术将会应用的越多，粗化电镀流程成为不可或缺的一步；
⑤引线框架的局部电镀，将使扩充光阻电镀功能越加重要；
⑥电源应用中，将逐渐采用高导热粘接粒材料，取代焊锡粘接晶；
⑦热增强和高电压模塑化合物的使用将更多，塑封化合物材料的持续改进以应对翘曲、可靠性等要求；
3.3 封装材料供应商
我们对前4大封装材料的情况进行分析。
3.3.1 载板
载板作为芯片与外界电路连接的接口，起着保护芯片、散热等作用，2017年全球最新TOP前五供应商如下所示：
日月光等封测厂面临原材料IC载板不足的现象，原因是载板供应商的供给不足。Unimicro在2017年年报中提到将专注于载板先进技术与品质水准的提升；Ibiden预计2018年财年物联网中心市场需要更薄、密度更高的载板，公司将实现17%的营收增速；5G市场需要更高传输速率、更低损耗的载板，公司将有33%的增速；数据中心市场需要更大、更多层、密度更高的载板，公司将有26%的营收增速。
可以看到近年来，大陆厂商的陆续进入带来的是日本产载板的销量逐年下滑，台湾产IC载板则在区间范围内上下波动。
大陆PCB厂商比如深南电路、兴森科技等陆续涉足IC载板领域，崛起是大势所趋。兴森科技旗下子公司广州兴森快捷电路科技有限公司从事IC封装载板的研发、生产和销售，深南电路投入1.5亿进行“半导体高端高密IC载板产品制造项目”的建设，项目实施完成将形成封装基板60万平方米/年的生产能力。
载板厚度从0.1um到100um，L/S从0.1/0.1到100/100的发展过程中，封测厂在2.5D/3D/FOWLP等领域都会面临很多的挑战。
3.3.2 引线框架
引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用。
2017年全球引线框架供应商营收来看，三井、住矿、新科、日立等日本供应商排名靠前，康强电子(002119.SZ)以1.01亿美金的营收排名第九位。
预计引线框架将以3.9%的复合增长率增长，其中又以QFN类的引脚架构(LFCSP)的成长最快，年复合增长率将高达8%。
引线框架的加工方法分为机械冲压法和化学蚀刻法，化学蚀刻法生产的引线框架可以满足高密度的封装要求，生产成本较高。
3.3.3 键合线
全球主要的键合线供应商有贺利氏、田中、日铁、MKE、康强、达博、励福、优克、住友、Heesung、台湾乐金、台湾钰成等。
据不完整统计，大陆键合线市场91亿人民币左右，2017年大陆市场主要供应商销售额的占比情况如下图所示：
键合线可以由金、银、铜、铝等不同技术制成，市场上有多种键合线，包括纯金、金银合金、银、银合金、铜、铜合金(包括镀钯铜)、及铝、铝合金线、硅铝等。近年来，因为键合铜线提供更好的性能、更节约成本，而在DIP、QFP、SOP封装上也相继有了大量应用，预计未来还将持续增加。
金线在经历了连续5年的下滑之后，2016/2017年销售量有所提升，2017年金线在整个键合线中的比例是37%。
3.3.4 塑封料
全球主要的塑封线供应商有住友电木、日立化成工业、松下电子、信越化学、长春树脂、汉高华威、金刚高丽化学、韩国三星、长兴材料(昆山)、中鹏新材、天津德高化成、江苏华海诚科新材料、北京科化所、天津凯华绝缘材料、北京中新泰和电子等。飞凯材料通过收购长兴昆电60%的股权，进入该领域。
3.3.5 其他
①锡球方面，有千住金属、减摩合金工业、斯倍利亚、住友金属矿山、三菱材料、升茂、IPS、Alpha、霸州邦壮、安徽精通、新华锦、大丰宙、云南锡业、北京达博长城、肯麦特上海、上海锡喜材料、铭凯益、深圳景发、重庆群崴电子、深圳嘉良、确信爱法等。2017年7月，飞凯材料通过收购大瑞科技进入锡球领域。
②电镀液方面，有美国乐思化学、巴斯夫、上海新阳、罗门哈斯、安美特等。
③Henkel在粘结剂、填充料、液体密封剂、EMI屏蔽等领域提供优质的产品。
4.总结
综上，我们对封装材料领域进行了一个比较全面、清晰的拆解，全球封装材料的销售额在190亿美金左右波动，我们预计2018年将实现2%左右的增幅。随着WLP/2.5D/3D TSV等先进封装技术的发展和进步，载板、引线框架、键合线、塑封料等传统的四大主要封装材料都面临着一些变化，此外电镀液、WLP电介质、高导热粘接剂等材料也将表现出比较好的成长性。
注：本文来自于IC咖啡旗下芯汇研究院，谢谢您的支持。文章有些数据截取自各大封装测试公司、封装材料公司的官网和年报，如有纰漏，欢迎大家多多提出
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