电子：先进封装关键技术——TSV研究框架

证券研究报告：电子|深度报告 2023 年 7 月 31 日 市场有风险，投资需谨慎 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业投资评级 强于大市|维持 行业基本情况 收盘点位 3810.17 52 周最高 4444.94 52 周最低 3261.49 行业相对指数表现（相对值） 资料来源：聚源，中邮证券研究所 研究所 分析师:吴文吉 SAC 登记编号:S1340523050004 Email:wuwenji@cnpsec.com 近期研究报告 《AI+国产化+消费复苏趋势持续，电子持仓环比提升》 - 2023.07.25 先进封装关键技术——TSV 研究框架 ⚫ 投资要点 摩尔定律放缓，芯片特征尺寸已接近物理极限，先进封装成为提升芯片性能，延续摩尔定律的重要途径。先进封装是指处于前沿的封装形式和技术，通过优化连接、在同一个封装内集成不同材料、线宽的半导体集成电路和器件等方式，提升集成电路的连接密度和集成度。目前，带有倒装芯片（FC）结构的封装、晶圆级封装（WLP）、系统级封装（SiP）、2.5D/3D 封装等均被认为属于先进封装范畴。 先进封装增速高于整体封装，2.5D/3D封装增速居先进封装之首。根据 Yole，2021 年，先进封装市场规模约 375 亿美元，占整体封装市场规模的 44%，预计到 2027 年将提升至占比 53%，约 650 亿美元，CAGR21-27为 9.6%，高于整体封装市场规模 CAGR21-276.3%。先进封装中的2.5D/3D 封装多应用于(x)PU, ASIC, FPGA, 3D NAND, HBM, CIS 等，受数据中心、高性能计算、自动驾驶等应用的驱动，2.5D/3D 封装市场收入规模 CAGR21-27高达 14%，在先进封装多个细分领域中位列第一。 先进封装处于晶圆制造与封测制程中的交叉区域，涉及 IDM、晶圆代工、封测厂商，市场格局较为集中，前 6 大厂商份额合计超过80%。全球主要的 6 家厂商，包括 2 家 IDM 厂商(英特尔、三星)，一家代工厂商(台积电)，以及全球排名前三的封测厂商(日月光、Amkor、JCET)，合计处理了超过 80%的先进封装晶圆。 TSV 指 Through Silicon Via，硅通孔技术，是通过硅通道垂直穿过组成堆栈的不同芯片或不同层实现不同功能芯片集成的先进封装技术。TSV 主要通过铜等导电物质的填充完成硅通孔的垂直电气互连，减小信号延迟，降低电容、电感，实现芯片的低功耗、高速通信，增加带宽和实现器件集成的小型化需求。此前，芯片之间的连接大多都是水平的，TSV 的诞生让垂直堆叠多个芯片成为可能。 TSV 用途大致分为 3 种：背面连接（应用于 CIS 等）、2.5D 封装（TSV 在硅中介层）、3D 封装（TSV 位于有源晶粒中，用于实现芯片堆叠）。目前，国内头部封测企业如长电科技、通富微电、华天科技、晶方科技等都在 TSV 有所布局。目前国内封测厂进行的 TSV 工序多用于CIS 等封装，高深宽比要求的 TSV 仍多由晶圆厂来完成。 TSV 制造涉及的相关设备种类繁多。以 2.5D interposer 为例，其制造流程可以分为三大部分：TSV process-Via last or Via middle（TSV 孔的制造）、Front side process-Dual Damascene process（正面制程-大马士革工艺）以及 Backside process-Cu Expose & RDL process（背面制程-露铜刻蚀和 RDL 制程）。每个部分具体环节对应不同设备及不同指标。TSV 生产流程涉及到深孔刻蚀、PVD、CVD、铜填充、微凸点及电镀、清洗、减薄、键合等二十余种设-20%-17%-14%-11%-8%-5%-2%1%4%7%2022-082022-102022-122023-032023-052023-07电子沪深300 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 备，其中深孔刻蚀、气相沉积、铜填充、清洗、CMP 去除多余的金属、晶圆减薄、晶圆键合等工序涉及的设备最为关键。 ⚫ 建议关注： 代工：中芯国际 封装：长电科技，通富微电，华天科技，晶方科技，盛合晶微（未上市） 设备：北方华创，中微公司，盛美上海，拓荆科技，微导纳米，芯源微，华海清科，至纯科技，芯碁微装，上海精测（精测电子子公司），中科飞测，睿励仪器（中微公司持股 34.75%），东方晶源（未上市） ⚫ 风险提示： 下游需求不及预期；行业景气度复苏不及预期；公司技术与产品迭代进展不及预期等。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 目录 1 后摩尔时代，先进封装成为提升芯片性能重要解法.............................................. 5 1.1 摩尔定律放缓，先进封装日益成为提升芯片性能重要手段 .................................... 5 1.2 先进封装份额占比提升，2.5D/3D 封装增速领先先进封装 .................................... 6 1.3 先进封装处于晶圆制造与封测的交叉区域 ................................................. 7 2 TSV：硅通孔，先进封装关键技术 ............................................................ 8 2.1 TSV：硅通孔技术，芯片垂直堆叠互连的关键技术 .......................................... 8 2.2 TSV 三种主要应用方向：背面连接、2.5D 封装、3D 封装 ..................................... 9 2.3 国内封测厂 TSV 布局情况：多家头部厂商已有布局......................................... 12 3 TSV 制造流程及所需设备 .................................................................. 14 3.1 TSV 制造流程 ........................................................................ 14 3.2 TSV 关键工艺设备及特点 .............................................................. 16 3.3 TSV 国产设备厂商 .................................................................... 18 4 风险提示 .......................