中國先進封測產業與裝備“群體崛起”，繞不開中國的重要保障

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2022-03-17 07:57:13 1

1958年，在德州儀器（Texas Instruments，TI）就職的杰克·基爾比（Jack S. Kilby）以鍺（Ge）襯底，將幾個晶體管、電阻、電容連接在一起，成功研制出*上*塊集成電路。隨后，羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）發明了基于硅（Si）的集成電路，當今半導體大多數應用的就是基于硅的集成電路（所謂*代半導體）。芯片成為了現代工業“石油”。

芯片產業剛起步時，都是IDM模式（Integrated Device Manufacturing，整合設備生產模式），INTEL和TI都是既設計又制造芯片，小企業難以染指芯片行業。

出自TI的張忠謀于1987年創建了專業晶圓代工公司（Foundry）臺積電，“解耦合”開創了半導體代工時代。芯片分為設計、晶圓、封測三段，設計公司（Fabless Design，無工廠模式）可以將晶圓和封測外包出去，專注做好設計、銷售和服務。

科技老兵戴輝我一直想分享一件往事，今天終于逮到機會了。早在1993年，王祥富老師率領我班在無錫實習，在流水線上手工焊電路板。每天早晚，都看到一個圍墻高高戒備森嚴的大院，*子上有兩個大字：華晶。當時還納悶這是干啥的。此時，908工程的5英寸3um產線正在熱火朝天的建設中。

中國臺灣的芯片外包封裝測試產業（OSAT，Outsourced Semiconductor Assembly and Testing）就迅猛發展了起來，如日月光和矽品都成立于1984年。

無數輕資產的芯片設計企業成長起來，如鼎鼎大名的高通和英偉達等，大陸也大跨步進入代芯片設計領域。1991年，聯想倪光南做出了芯片，華為徐文偉也做出了芯片（德州儀器TI代工）。國微于1993年成立，成為深圳芯片業的黃埔軍校。目前中國大陸有數千家芯片設計企業（一說上萬家）。

當然，重資產的IDM模式也一直存在，兩種模式各有千秋。AMD是從IDM模式轉型為FABLESS的成功典范，INTEL則一直堅持IDM，最近升級到IDM2.0模式，要大投先進封裝，并重新進入晶圓代工市場。

封測環節則“藏在深閨”，對大眾而言是陌生的。其實封裝和測試可以是獨立的，可在一個廠里做，也可分開在不同的廠里做。封測采用“來料加工”的商業模式，訂單來源于半導體設計廠商。

傳統的芯片級封裝是把晶圓切割后的裸片（Die）封入一個密閉空間（外殼）內，免受外部環境、雜質和物理作用力的影響，同時引出相應的引腳（或者接腳），最后作為一個基本的元器件使用。

晶圓級芯片封裝技術（Wafer Level Packaging)是對整片晶圓進行封裝測試后再切割得到單個成品芯片的技術，封裝后的芯片尺寸與裸片一致。

IC測試是運用各種方法，檢測出不合格芯片樣品，主要分為兩個階段：一是進入封裝之前的晶圓測試；二是封裝后的IC成品測試。目前在封裝階段也導入了視覺測試。

在SEMICON CHINA 2021（國際半導體展）中給我最直觀的感受是：封裝測試產業在大陸風起云涌，帶動了設備與材料的群體崛起，很多門類的設備都有了國產型號，像是中科飛測、普萊信、鐳明激光、矽電、悅芯、加速、宏泰、宏邦、明銳理想等眾多公司的設備。目前國產設備的市場份額還很小，未來發展空間很大。

當然，在泛芯片領域（阻容感等分立元器件、LED、顯示屏、太陽能多晶硅）中也采用封測技術，在本文中就不展開論述了，芯碁微裝則主打在PCB和顯示（FPD）等領域。

一、大陸封測產業：狂飆20年

目前全球前十大半導體封測廠商主要包括有中國臺灣日月光（不含矽品與環旭）、美國安靠、長電科技（大陸）、矽品（臺）、力成（臺）、通富微電（大陸）、華天科技（大陸）、新加坡聯合測試、京元電（臺）和欣邦科技（臺）。大陸“三劍客”長電科技、通富微電以及華天科技名列前十。

最近兩三年的半導體產業建設熱潮中，大陸有數百家企業進入封裝測試領域，中國大陸在全球封測產業上的整體份額越來越高了，將會超過50%，連富士康都進入了封裝領域。這個數字和PCB（印刷電路板）裸板與SMT（表面貼裝）的中國產能占全球份額差不多。中國大陸的SMT產線多于3萬條，占全球的一半以上。曾有過一個段子：東莞一堵車，全球電子產品價格就波動。

目前普遍認為，大陸封測公司的水平已經與國際先進水平基本同步。大陸半導體*個**全球的行業，最有可能是封測業。

整機制造業所使用的芯片，有望基本都在大陸封裝；在中國大陸封裝的芯片，也正在大規模出口到越南/印度等新興的整機制造（SMT為主）的市場。

換言之，如果中國大陸不發展封裝產業，未來SMT產能部分遷移之后，大陸在電子供應鏈的核心地位會被削弱。

值得指出的是，封裝設備和材料的供應鏈在國際上是多元化的，歐洲、美國、日本、中國臺灣都積累很深。

一直以來，大陸大力發展封測產業，不僅提高了全球產能，更降低了電子產品成本，為全球老百姓謀得了福利。

中國大陸封裝業的發展有如下幾個關鍵節點。

1、2000年前后大規模進入現代封裝業的，以蘇南作為中心

2000年之前主要是傳統封裝階段，之后先進封裝迅速發展，大陸有了追趕并超越的機會。

產業發展的大邏輯是：巨大的中國電子消費市場和豐富的勞動力帶動了電子整機產業。外資的芯片公司索性將芯片封測放到大陸來做，做好之后直接送到整機廠。舉個例子，AMD在蘇州的封裝廠就與蘇州工業園區的PC主板制造業密切相關。

沒有整機產業的帶動，芯片是做不起來的。這點對于我很重要，因為我是搞整機出身的。

大陸的先進封裝產業以蘇南為核心地域，天時地利人和。靠近蘇州工業園區，靠近上海的ODM/IDH公司（如華勤/聞泰/龍旗等）及張江大量的芯片設計公司等。

封測三大家的通富微（1997年合資）、長電（2000年改制）、甘肅華天（2003年成立）都是基于早年的電子分立元器件廠發展起來的。

矽品于2002年底在蘇州工業園區成立矽品科技（蘇州）。日月光自2002年起在上海張江高科技園區投資設廠。2005年6月晶方科技在蘇州成立，技術源自以色列。

2、自主設計的山寨GSM手機帶來大陸芯片設計業大發展，也帶動了封裝產業

2000年，中國的GSM移動用戶數目翻了一倍，超過了一個億，成為全球最大的手機市場，諾基亞東莞和三星惠州的手機廠規模都很大，本土手機品牌也在起步。

2006年開始，隨著全球GSM覆蓋的增強（改變了3G要替代GSM的誤區），自主設計的白牌GSM手機浪潮爆發。

大陸本土芯片設計產業也迎來*次大爆發，對先進封裝也有了很大的拉動。

曾在豪威工作的芯視達CEO杜崢介紹，CIS（CMOS圖像傳感器）對晶圓、封裝、測試都有要求，需要全流程拉通來實現*的品質。

晶方從以色列引入了封裝技術，豪威還參與了投資。晶方和華天昆山廠的70%封裝產能一度只為格科微的CIS一家服務。

至于測試，CIS產品也經歷了一個變革。

格科微早期圖像傳感器的圖像質量檢測，要用人眼判斷。隨著白牌GSM手機市場的急劇放大，起家于*性價比CIS（低至10萬像素）的格科微不斷擴容，在張江的場地一搬再搬，主要都是測試，坐滿了青春年少的小姑娘。

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圖注：iPhone早期通過人工檢驗照相功能，圖為08年的“iPhone Girl”

隨著自動化和人工智能的發展，杜崢介紹，現在已經有強大的自動化設備（handler）和AI檢測手段。封裝企業通富微繆小勇先生介紹，與芯視達合作WLCSP工藝（晶圓級芯片尺寸封裝）。將芯片尺寸封裝（CSP）和晶圓級封裝（WLP）融合為一體，芯片具有“短小輕薄”的特點，符合消費類電子向智能化和小型化發展的趨勢。

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集微網創始人老杳（王艷輝）在2007年也做過測試的小型裝備，不過后來發現在媒體上更有所長，但他也一直對這個行業很關注。他說：不少芯片設計公司會自己購買/選型測試設備，放到測試產線上。

無獨有偶，蘋果公司在產線上也這么干。

3、2014年后，全球封裝企業大整合，陸企借并購進入先進封裝和獲得大客戶

長電收購新加坡星科金朋，通富微電收購AMD蘇州和檳州封測廠，華天科技收購美國FCI、Unisem 公司，晶方科技并購智瑞達、Anteryon公司等。

人工智能大發展，AMD利潤暴漲，蘇媽（蘇姿豐）笑得合不攏嘴，通富也跟著水漲船高。

4、深圳存儲器帶動存儲封裝快速發展

華強北是中國最早的專業電子市場，PC的內存條也是攢機市場上最火的產品之一，這也是深圳存儲器起家的地方。

2014年，隨著智能手機和移動互聯網（微信為代表）的發展，存儲的需求也大了很多，尤其是照片，我的手機128 G也不夠用。2018年，全球半導體行業規模達到4767億美元。其中，存儲器作為最大半導體類別，占據了半導體市場近35％的份額。當年，大陸進口集成電路約3100億美元，其中存儲約1000億美元。長江存儲和合肥長鑫有了大陸自己的晶圓廠。

大陸品牌存儲器的成長性很好。深圳一個區域內聚集了金泰克、時創意、宏芯宇、江波龍、記憶、佰維、嘉合勁威（排名不分先后）等眾多優秀的存儲器品牌企業，深科技（收購金士頓旗下沛頓）和康佳進入市場。這些企業紛紛進入了芯片封裝和模組封裝領域。

在深圳存儲器需求帶動下，太極半導體、長電科技、通富微電等企業也在存儲封測上努力發展。

這里還有一個帶動國內裝備的故事。2013年，為電子制造業提供制造技術解決方案的深圳凱意科技的存儲客戶提出了邦定自動化檢查的需求，凱意找過韓國以及日本的供應商開發相關的產品，由于量測的精度要求和軟件算法難度過高，都被對方拒絕了，最后與本地的制造商深圳明銳理想合作，明銳將SMT成熟經驗移植到封裝環節，實現了在線連續視覺檢測，2015年開始上線，在存儲、傳感器封裝等產品上應用。

5、AIoT和電動汽車推動先進封裝新高潮

SEMICON CHINA 2021展覽上，可以看到，先進封裝和高密度封裝發展很快。

隨著AIoT時代的發展，喝茶（自動加水燒水）、抽煙（電子煙）、開門（智能鎖）、掃地（機器人）、居家上課（筆記本）都搭載了大量芯片。

特斯拉在臨港建廠。中國啟動新基建大建充電樁，電動汽車和兩輪電動車產業大發展，帶來了巨大的芯片需求。車規級芯片對可靠性要求很高，封裝有特殊要求。

封裝產業在中國迎來爆炸式上升，好多企業涌入。寧波發了把狠，新成立的甬矽電子直接定位先進封裝，以狂飆猛進之勢頭擠入巨頭之列，據說在國內的排名已經很靠前了。

二、大陸發展封測：電子業繞不開中國

以手機為核心的電子產品是中國*大出口產品，第二大是紡織品。還記得改革開放初期，一億條褲子換一架飛機的段子嗎？

從大處上看，全球抗疫離不開電子產品；從小處看，沖涼時都拿著手機的也大有人在！

電子信息科技產品的供應鏈非常復雜。眾多的零部件、復雜的軟硬件設計和工藝需求，中國的工程師紅利、制造紅利體現得淋漓盡致。因此，這是和中國最難脫鉤的行業，即使“去全球化”，也不能“去中國化”。

電子產品生產環節大致分為三塊：晶圓、封裝、整機制造（SMT表面貼裝為核心）。封測上接晶圓，下接整機。

雖然在晶圓產業方面就業人數并不多，但技術要素卻被西方牢牢掌握著，差距顯而易見。要想徹底解決“卡脖子”，還有艱難的路程要走。值得關注的是，美國在強化晶圓制造領域，臺積電/三星/INTEL/格羅方德都將在美國本土大力發展最先進制程的晶圓制造。

印度每年賣一兩億部手機，當然也要發展制造業。大陸的整機制造不可避免地會轉移部分到海外（如蘋果、米OV等已在印度有產能）。

因此，從戰略上來看，要從上游的芯片封測領域進行加強，只有這樣，中國才依然能在供應鏈上占據重要環節，保證整體上的“中國制造”核心地位不改變。

南京郵電大學南通封裝研究院蔡志匡教授感慨道，關于封裝，最近最大的感觸就是“聞基色變”。如做BGA封裝的產線，如果得不到足夠的BGA基板產能，就不敢貿然接單。國內應該加大投入，盡快從“聞基色變”到“聞基起舞”階段，人人有基板，戶戶有產能。

這次，我一進SEMICON展館，就撞進了深南電路和天芯互聯的展臺，一手做封裝基板，一手做先進封裝。

集微網文章講述了背后的原因：封裝基板嚴重缺貨的背后：上游材料和設備成擴產瓶頸

引線框架(Lead frame) 也是重要的封裝材料，產能也缺。

網傳設計公司“跪求產能”一事，并非空穴來風。

三、先進封裝：與晶圓和SMT相結合

1、先進封裝也是高科技

在半導體行業發展前期階段，半導體封裝一直被視為是技術壁壘相對較低，人力成本較為密集的產業。封裝是集成電路產業鏈中賺錢最難的行業，需要通過不斷加大投資來賺取每一塊錢上的邊際增量。

隨著芯片的集成度提升，對半導體封裝的技術要求越來越高，這也使得半導體封裝不再是一項簡單的技術。各種先進封裝新工藝粉墨登場，讓我眼花繚亂目不暇給。

隨著封裝復雜度不斷提升，先進封裝一躍成為了生產增量的重要來源。未來芯片三段的比例可望為：3（設計）:4（晶圓）:3（封裝）。

傳統的封裝是被動接受芯片設計企業的安排，目前的趨勢是芯片設計廠商越來越要與封裝廠商進行協同設計。在后摩爾時代，芯片后道成品制造技術將驅動芯片向高性能、高密度方向發展。

在2019集微半導體峰會上，蔣爸（蔣尚義）認為：半導體產業環境產生了巨大的變化。這主要體現在以下幾個方面：一是摩爾定律的進展已接近物理極限，最先進的硅工藝（如7nm、5nm)，只有極少數極大需求量產品才能用（如手機主芯片）；二是封裝和電路板技術進展相對落后，漸成系統性能的瓶頸；三是芯片（設計企業）多元化時代來臨，市場將不再掌握在少數廠商手里。依據不同系統，針對各單元的特殊需求，選擇合適的單元經由先進封裝和電路板技術重新整合，將是后摩爾時代的發展趨勢之一。

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長電科技CEO鄭力則表示：“當今時代的半導體封裝不僅是把芯片封到殼里的過程，而是需要為里面的芯片做好幾十個工藝，將芯片連線、互聯接口做好，甚至需要對晶圓進行重組。之后，有些芯片還要與其它芯片在同一個封裝體里進行布局和互聯，有時還需要疊加起來，不僅如此，這些芯片還需要高密度聯結在一起，讓它的各個功能模塊能夠有機運轉起來。所以，在后摩爾定律時代，封裝已經不再單純地只以線寬線距和集成度的尺寸論英雄，而是更多地考慮如何提升系統的性能以及如何在整個微系統上提升集成度。”

2、封裝與前端的晶圓制造結合

有一個震驚的消息是：晶圓廠如臺積電和中芯國際也進入了晶圓級封裝行業。本來我以為這對封裝產業是個威脅，但長電CEO鄭力認為這其實是好事。先進封裝的一個發展路徑是晶圓級封裝（WLP），晶圓級封裝若要繼續向多維方向發展，比如2D、2.5D、3D方向，就必然會與晶圓廠進行合作。這是因為晶圓廠具備在晶圓上進行TSV（硅通孔）工藝制造的能力。在硅轉接板時，晶圓廠也能做Silicon Interposer（硅中介層），即高密度布線的晶圓。而封測廠則要進行RDL（晶圓重布）的過程，之后再把布線在封測的層次上進行高密度重新整合。

業界專家評價道，高階封測的良率比，長電與日月光有約10%的差距，這需要時間提升。但可以想見的是，大陸封測的起飛速度比前段的晶圓制造要走得快。把封測視為后段已是過去式，現在封測與前段的交集已經很多了。挑戰處處有，需要堅持與耐心！

3、先進封裝和SMT表面貼裝結合

封測除了上面講述的與晶圓制造結合之外，也與整機制造（SMT為核心）有了緊密的結合。

大概在2015年，我*次看到多芯片封裝（multi-chip package）的demo，將所需元件集成在一個模組里，減少了封裝次數和走線問題，節省空間，提升性能，降低整機成本。

系統級封裝SiP（System in Package）和SMT（表面貼裝）有密不可分的關系，主要的設備廠家如ASM-PT、K&S等本來就是做SMT貼片機的。SiP可以減少芯片系統集成過程中面臨的工藝兼容、信號混合、噪聲干擾和電磁干擾等問題。

手機射頻前端模塊（PAMiD等）大量采用SiP或類似工藝。開元通信賈斌表示，5G普及帶來手機射頻器件越來越多，如果分開封裝，然后放到PCB板上去貼片，手機可能裝不下，最好要整合。SAW、BAW、PA、LNA、RF Switch等射頻芯片的基礎工藝不一樣，沒法用SoC方案，只能用系統級封裝等工藝，將多顆芯片封裝成模組。國際*Skyworks、Qorvo、Avago(收購博通)、高通等是這么做的。我在網上搜了一下，射頻工藝很多，如GaAs、體硅CMOS、SOI絕緣襯底硅、硅基MEMS、SiGe鍺硅等。

攝像頭模組和指紋識別模組等采用了COB（Chip on Board）工藝。芯片不封裝，直接切割成裸片(Die)，將Bonding等封裝工藝推遲到模組環節實現。

大家常見的“牛屎芯片”也采用了COB工藝。裸片通過Bonding設備固定在PCB線路板上，再滴上環氧樹脂膠。之后再通過SMT工藝貼上其它元器件，一塊電路板就誕生了。主叫識別電話機控制板就是這樣做的，金線圓圈是圍繞裸片（Die）的眾多Bonding金線。

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圖注：CID話機控制板（作者戴輝攝于天訊龍）

四、先進封裝：專利糾紛

不可避免地，專利戰也會在封裝中進行。集微網IP咨詢業務負責人馬克先生講述了中外企業在封裝專利上的交戰的經典案例，來自MEMS麥克風產業。

最先將MEMS技術應用于麥克風制造上，取代傳統駐極體的美國樓氏公司，在2000年申請了基礎的封裝專利，正是憑借這件專利，樓氏公司從2006年開始先后對美國Akustica、新加坡Memstech、美國ADI、英國歐勝、韓國寶星、美國Amkor以及大陸歌爾等發起了專利侵權訴訟，甚至是啟動337調查。

大陸MEMS麥克風大廠瑞聲早早就與樓氏簽署了專利許可協議，才免受專利訴訟困擾，但是沉重的專利授權金也成為大陸企業不得不面對的現實。相比之下，中國臺灣產業鏈更加注重對樓氏這件美國專利的規避，以臺灣工研院為牽頭，聯合美律等電聲大廠，至少在樓氏這件封裝專利的外圍部署了不下7件專利進行規避。但也正是過于注重對樓氏基礎專利的規避，使得中國臺灣本來具有優勢的半導體制造優勢并沒有在MEMS麥克風領域得以發揮，錯失了市場先機，最終成就了大陸的瑞聲和歌爾。

五、封裝裝備：“群體崛起”

我見證了電話機和程控交換機、移動通信和手機行業群體崛起的歷程，也帶來了大陸芯片業的群體崛起。群體崛起這個詞用來稱封測裝備產業，也再合適不過了。

SEMICONChina 2021上，我看到了很多門類封測設備的國產化。封裝有打磨、切割（DICING）、DIE BOND（固晶）、WIRE BOND（引線鍵合）等主要設備領域。

發展國產設備，對解除壟斷、降低成本、提高性能、提升效率都有很好的幫助。

2020年在天水舉行的封裝大會上，華天肖勝利表示，封裝測試企業應秉持合作大于競爭的理念，積極培養國產設備與材料的建設，逐步完成試驗平臺。

采用國產設備來打破西方設備的壟斷，可以有效地降低成本，這在封裝上很明顯。

剛剛科創板上市的芯碁微裝曾填補國內無掩模光刻設備的空白，其直寫光刻設備服務PCB（印刷電路板）和泛半導體（FPD顯示）領域，正在籌劃晶圓級封裝（WLP）的直寫光刻設備。上市之后，股價暴漲，整個半導體板塊也迎來了上漲（希望不只是反彈）。

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圖注：作者戴輝與芯碁微裝首席科學家曲魯杰于展臺

固晶機上，東莞普萊信曾填補國產直線式IC級固晶機（DIE BOND）的空白。

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超越摩爾基金的王琳貢獻了一個案例：鐳明激光推出性能與西方公司相當的激光開槽+激光隱切設備，打破了市場壟斷。

六、測試裝備：“群體崛起”

測試設備主要有芯片級檢測的分選機Handler、晶圓級檢測的探針臺Probe、自動測試機ATE等。

測試設備國產化的機會很大。新工藝帶來定制需求，可能一步到位采用國產設備，使得效率更高、性能更好。

深圳矽電是探針臺和分選機的廠家。

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圖注：作者戴輝與哈工大胡泓教授于矽電展臺

悅芯科技CEO張悅向我介紹了主打產品Memory內存測試設備，在高效率、一致性、穩定性上做了工作。

加速科技推出高性能ATE自動測試機，和人工智能相結合。

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圖注：作者戴輝與加速科技CEO鄔剛于展臺

紹興宏邦展示了多款功率器件的測試機和分選機，我“擼起袖子”實踐了一把。

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圖注：紹興宏邦展出的分立器件測試機

南京宏泰半導體展示了半導體ATE自動化測試系列產品，曾在2019年全資收購了模擬測試技術見長的日本アズールテスト株式會社（Azurtest）。

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圖注：宏泰半導體展出混合信號測試機MS8000

相關服務的企業也在發展，上海季豐電子有材料分析、失效分析以及可靠性認證等業務。

七、封裝材料：穩步發展

在材料領域，大陸也在奮起直追，比如近期“談基色變”的基板和引線框架。

電子業要用到大量的貴金屬黃金，主要是在封裝的引線鍵合上。業界不斷推進在越來越多的場景下用銅（甚至鋁）來替代黃金，大陸企業也做了不少工作。

深圳芯片制造業相比國內一些城市慢了一拍，于是謀劃彎道超車。2020年開始，深圳推動新一代信息通信技術的發展。深圳市機器人協會秘書長畢亞雷介紹，2020年12月30日，中科院先進院在寶安設立了深圳先進電子材料國際創新研究院（以下簡稱“電子材料院”），聚焦高端先進電子封裝材料，旨在推動高端電子材料國產化“突圍”。

八、真“芯”英雄：不忘初“芯”，硅積萬里

*集成電路大基金負責人丁文武先生貼出了一首《真“芯”英雄》，唱出了眾多芯片人的“芯”情：用我們的“芯”，一起實現中國“芯夢”；讓我們的“芯”，如星辰大海，使得*互聯互動。

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