一、行業(yè)相關(guān)概述
1、集成電路封裝和測試的定義與作用
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國集成電路封測行業(yè)現狀深度研究與發(fā)展前景預測報告(2024-2031年)》顯示,集成電路產(chǎn)業(yè)鏈可以分為IC設計、晶圓制造(也稱(chēng)前道工藝)、封裝測試(也稱(chēng)后道工藝)三個(gè)核心環(huán)節,以及EDA/IP、半導體設備、半導體材料等三個(gè)支撐環(huán)節。集成電路封裝測試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的環(huán)節,一直伴隨著(zhù)集成電芯片技術(shù)的不斷發(fā)展而變化。
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集成電路封裝主要是指安裝集成電路芯片外殼的過(guò)程,包括將制備合格的芯片、元件等裝配到載體上,采用適當的連接技術(shù)形成電氣連接,安裝外殼,構成有效組件的整個(gè)過(guò)程。安裝集成電路芯片(元件)的外殼時(shí),可以采用塑料、金屬、陶瓷、玻璃等材料,通過(guò)特定的工藝將芯片(元件)包封起來(lái),使得集成電路在工作環(huán)境和條件下能穩定、可靠地工作。封裝主要起著(zhù)安放、固定、密封、保護芯片,以及確保電路性能和散熱性能等作用。隨著(zhù)芯片技術(shù)的發(fā)展,封裝又有了新的作用,如功能集成和系統測試等。
集成電路測試既是集成電路設計的組成部分,也是芯片制造的一個(gè)環(huán)節。集成電路測試的主要作用是檢測電路存在的問(wèn)題、問(wèn)題出現的位置和修正問(wèn)題的方法。一般意義上的集成電路測試主要指在晶圓制造后階段的圓片測試和成品測試,包括特征化測試、可靠性測試、質(zhì)量保證測試等。
2、傳統封裝和先進(jìn)封裝
在業(yè)界先進(jìn)封裝技術(shù)與傳統封裝技術(shù)以是否采用焊線(xiàn)來(lái)區分,傳統封裝主要是指先將晶圓切割成單個(gè)芯片再進(jìn)行封裝的工藝,利用引線(xiàn)框架作為載體,采用引線(xiàn)鍵合互連的形式進(jìn)行封裝,主要包括 DIP、SOP、SOT、TO、QFP 等封裝形式。
先進(jìn)封裝主要是采用鍵合互連并利用封裝基板來(lái)實(shí)現的封裝技術(shù),應用先進(jìn)的設計思路和先進(jìn)的集成工藝,對芯片進(jìn)行封裝級重構,并且能有效提升系統高功能密度的封裝,主要包括倒裝芯片(Flip Chip,FC)封裝、晶圓級封裝(Wafer Level Package,WLP)、2.5D 封裝、3D 封裝等。由于不同國家和地區、不同企業(yè)的發(fā)展水平不一致,有些時(shí)候也會(huì )將 QFN 和BGA 列入先進(jìn)封裝范圍,本報告也采用這一劃分方式。封裝技術(shù)分為傳統封裝和先進(jìn)封裝,兩種技術(shù)之間不存在明確的替代關(guān)系。根據產(chǎn)品工藝復雜程度、封裝形式、封裝技術(shù)、封裝產(chǎn)品所用材料是否處于行業(yè)前沿,傳統封裝具有性?xún)r(jià)比高、產(chǎn)品通用性強、使用成本低、應用領(lǐng)域廣的優(yōu)點(diǎn),與先進(jìn)封裝沒(méi)有明確的替代關(guān)系。
3、集成電路封測特點(diǎn)
集成電路芯片對使用環(huán)境具有較高的要求,不能長(cháng)時(shí)間裸露在外部環(huán)境中??諝庵械碾s質(zhì)、腐蝕性氣體甚至水蒸氣都會(huì )腐蝕集成電路芯片上的精密蝕刻電路,導致性能下降或者失效。為了防止外部環(huán)境對芯片的損害,就必須用特定工藝將集成電路芯片包裹起來(lái)。集成電路封裝,就是用特定材料、工藝技術(shù)對芯片進(jìn)行安放、固定、密封,保護芯片性能,并將芯片上的接點(diǎn)連接到封裝外殼上,實(shí)現芯片內部功能的外部延伸。集成電路芯片封裝完成后,需要進(jìn)行性能測試,以確保封裝的芯片符合性能要求。通常認為,集成電路封裝主要有電氣特性的保持、芯片保護、應力緩和及尺寸調整配合四大功能。
集成電路封裝功能
封裝功能 | 詳細介紹 |
芯片電氣特性保持功能 | 通過(guò)封裝技術(shù)的進(jìn)步,滿(mǎn)足不斷發(fā)展的高性能、小型化、高頻化等方面的要求,確保芯片的功能性 |
芯片保護功能 | 保護芯片表面以及連接引線(xiàn)等,使其在電氣或物理方面免受外力損害及外部環(huán)境的影響。 |
應力緩和功能 | 受外部環(huán)境影響或芯片自身發(fā)熱都會(huì )產(chǎn)生應力,封裝可以緩解應力,防止芯片發(fā)生損壞失效,保證可靠性。 |
尺寸調整配合功能 | 由芯片的微細引線(xiàn)間距調整到實(shí)裝基板的尺寸間距調整,從而便于實(shí)裝操作。 |
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集成電路測試在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中起重要作用。集成電路產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是否成功、產(chǎn)品生產(chǎn)是否合格、產(chǎn)品應用是否優(yōu)良均需要驗證與測試。測試環(huán)節可以確保芯片良率、減少封裝成本,測試數據可以用于指導芯片設計和封裝環(huán)節的工藝改進(jìn)。按測試內容分類(lèi),集成電路測試可分為參數測試和功能測試。
集成電路測試分類(lèi)
測試類(lèi)別 |
測試項目 |
測試內容 |
參數測試 |
直流參數測試 |
主要測試芯片的電壓,電流的規格指標,常見(jiàn)直流參數測試項目有靜態(tài)電流、動(dòng)態(tài)電流、端口驅動(dòng)能力等。 |
交流參數測試 |
確保芯片的所有時(shí)序符合規格,常見(jiàn)交流參數測試項目有上升時(shí)間,下降時(shí)間,端到端延時(shí)等。 |
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混合信號參數測試 |
測試芯片的音視頻信號相關(guān)的數字轉模擬模塊,模擬轉數字模塊的性能指標,常見(jiàn)混合信號測試項目有信噪比,諧波失真率,噪聲系數等。 |
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射頻參數測試 |
測試芯片的射頻信號是否符合芯片的設計規格,常見(jiàn)的射頻模塊測試項目有噪聲系數、隔離度、接收靈敏度等。 |
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功能測試 |
數字電路模塊功能測試 |
芯片功能項目測試主要是驗證芯片的邏輯功能是否正常,常見(jiàn)芯片功能測試項目有 SCAN、BIST、GPIO 等 |
存儲器讀寫(xiě)功能測試 |
對芯片嵌入式存儲器和獨立存儲器模塊的讀寫(xiě)功能進(jìn)行測試,排除電路間的開(kāi)路、短路和相互干擾的缺陷。常見(jiàn)的測試包括 1/0 讀寫(xiě)測試、棋盤(pán)格(Checkboard)向量測試、行軍(Marching)向量測試。 |
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二、行業(yè)發(fā)展歷程回顧
中國集成電路封測行業(yè)發(fā)展和集成電路產(chǎn)業(yè)息息相關(guān),發(fā)展歷程基本同步,因此我國集成電路行業(yè)的發(fā)展歷程和集成電路封測行業(yè)的發(fā)展歷程相同。
1初創(chuàng )期(1965年~1978年):
在這個(gè)階段,中國集成電路產(chǎn)業(yè)以計算機和軍工配套為目標,主要開(kāi)發(fā)邏輯電路產(chǎn)品,初步建立了集成電路工業(yè)基礎及相關(guān)設備、儀器、材料的配套條件。
2探索發(fā)展期(1978年~1990年):
這一時(shí)期,中國開(kāi)始引進(jìn)美國的二手設備,以改善集成電路裝備水平,并重點(diǎn)配套消費類(lèi)整機,特別是彩電集成電路的國產(chǎn)化問(wèn)題得到了較好的解決。
3重點(diǎn)建設期(1990年~2000年):
在這個(gè)階段,中國集成電路產(chǎn)業(yè)以908工程和909工程為重點(diǎn),以CAD為突破口,著(zhù)重進(jìn)行科技攻關(guān)和科研開(kāi)發(fā)基地的建設,為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù),并在多個(gè)領(lǐng)域實(shí)現了科研技術(shù)的突破。
4快速發(fā)展期(2000年至今):
進(jìn)入21世紀后,中國集成電路產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了快速發(fā)展期。特別是2000年后,國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資大基金成立,對集成電路企業(yè)進(jìn)行了大力扶持,產(chǎn)業(yè)聚集效應日益明顯。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的擴大,中國的集成電路產(chǎn)業(yè)規模迅速增長(cháng),并在多個(gè)領(lǐng)域取得了顯著(zhù)成就。
5當前發(fā)展狀態(tài):
目前,中國集成電路行業(yè)正處于經(jīng)濟高速增長(cháng)向中高速增長(cháng)轉換的新常態(tài)下。中央政府正推出一系列重大項目、工程和政策,圍繞民生、公共基礎設施和能拉動(dòng)消費的基礎設施領(lǐng)域進(jìn)行投資,集成電路作為典型的知識密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè),在其中扮演著(zhù)重要角色。
近年來(lái),隨著(zhù)集成電路制程技術(shù)的不斷進(jìn)步和“后摩爾時(shí)代”的到來(lái),先進(jìn)封裝技術(shù)的作用日益凸顯。中國封裝企業(yè)開(kāi)始加快創(chuàng )新步伐,逐漸引入并量產(chǎn)了QFN、BGA、WLP、SiP、TSV、3D等先進(jìn)集成電路封裝形式。這些技術(shù)的引入和應用,使得中國集成電路封裝測試業(yè)的技術(shù)水平得到了顯著(zhù)提升。
同時(shí),政府政策的支持和引導也為中國集成電路封裝測試業(yè)的發(fā)展提供了有力保障。自2006年以來(lái),國務(wù)院、國家發(fā)改委、工信部等多部門(mén)都陸續印發(fā)了支持、規范集成電路封裝測試行業(yè)發(fā)展的政策,內容涉及集成電路封裝測試發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)、集成電路封裝測試發(fā)展指標等。這些政策的實(shí)施,為集成電路封裝測試市場(chǎng)提供了良好的發(fā)展環(huán)境。
三、行業(yè)發(fā)展現狀
1、市場(chǎng)規模
20 世紀 70 年代半導體產(chǎn)業(yè)在美國形成規模,美國一直保持著(zhù)全球半導體產(chǎn)業(yè)第一的地位,而后重心向日本遷移;20 世紀 90 年代到 21 世紀初,半導體產(chǎn)業(yè)重心向中國臺灣和韓國遷移。目前全球正經(jīng)歷半導體產(chǎn)業(yè)鏈重心轉移至中國大陸的第三次遷移,為我國集成電路實(shí)現國產(chǎn)替代提供良好機遇。全球封測龍頭廠(chǎng)商相繼接力擴產(chǎn),秉持生產(chǎn)基地秉承靠近客戶(hù)原則,新建擴產(chǎn)項目主要集中在亞洲地區。
2020 年線(xiàn)上經(jīng)濟崛起疊加經(jīng)濟刺激,催化消費電子爆發(fā)和汽車(chē)電子加速滲透,行業(yè)景氣度逐步復蘇。2022 年受歐洲地緣政治風(fēng)險升級、美國持續高通脹、全球疫情反復等外部因素影響,全球三大半導體市場(chǎng)需求持續低迷,2022H2 半導體銷(xiāo)售額增速逐季下滑。隨疫情放開(kāi)全球經(jīng)濟回暖,5G、數據中心、智能汽車(chē)等下游需求持續發(fā)展,2023 年行業(yè)迎來(lái)觸底反彈。
隨著(zhù)我國集成電路國產(chǎn)化進(jìn)程的加深、下游應用領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展以及國內封測龍頭企業(yè)工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步,國內封測行業(yè)市場(chǎng)空間近年來(lái)不受?chē)馐袌?chǎng)營(yíng)銷(xiāo),市場(chǎng)規模持續保持增長(cháng)態(tài)勢。2023年我國集成電路封測行業(yè)市場(chǎng)規模為3483億元。具體如下:
資料來(lái)源:中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì ),觀(guān)研天下數據中心整理
2、供應規模
隨著(zhù)全球半導體產(chǎn)業(yè)鏈向國內轉移,中國集成電路封裝行業(yè)取得了飛速的發(fā)展,并已成為我國半導體的強勢產(chǎn)業(yè)。國內本土企業(yè)的崛起和國外半導體公司向國內轉移封裝能力,共同推動(dòng)了國內集成電路封裝行業(yè)的發(fā)展,這為國內集成電路封裝測試市場(chǎng)的供應提供了有力保障。
中國集成電路封裝行業(yè)的技術(shù)水平不斷提升。先進(jìn)封裝技術(shù),如倒裝芯片(FC)結構的封裝、圓片級封裝(WLP)、2.5D封裝和3D封裝等,在當前已成為主流。這些技術(shù)的廣泛應用不僅提升了集成電路的性能,還滿(mǎn)足了市場(chǎng)對于高效率、多集成等特性的需求,從而進(jìn)一步豐富了市場(chǎng)供應。
中國集成電路封裝測試市場(chǎng)的競爭格局日趨激烈。眾多國內外企業(yè)紛紛加大技術(shù)研發(fā)投入,通過(guò)提升技術(shù)創(chuàng )新能力、優(yōu)化產(chǎn)品性能以及降低生產(chǎn)成本等方式,以在激烈的市場(chǎng)競爭中占據一席之地。這種競爭格局的形成,既提升了市場(chǎng)的供應能力,又促進(jìn)了行業(yè)的整體進(jìn)步。
此外,中國集成電路封裝行業(yè)還積極響應國家政策,加大在智能化、綠色化等方面的投入,推動(dòng)行業(yè)的可持續發(fā)展。這些政策的實(shí)施,不僅提升了行業(yè)的供應能力,還推動(dòng)了行業(yè)的轉型升級。
近年來(lái)我國集成電路產(chǎn)量保持總體增長(cháng)態(tài)勢,2021年我國集成電路產(chǎn)量達到近年來(lái)最大,為3594億塊,2022年有所降低為3242億塊,2023年產(chǎn)量回升至3514億塊。我國已經(jīng)成為全球集成電路產(chǎn)業(yè)主要生產(chǎn)大國。
資料來(lái)源:工信部,觀(guān)研天下數據中心整理
3、需求規模
首先,隨著(zhù)信息技術(shù)的快速發(fā)展和智能化、數字化趨勢的加強,中國集成電路市場(chǎng)呈現出爆炸性增長(cháng)。消費電子、通信、計算機、汽車(chē)電子等領(lǐng)域對集成電路的需求持續攀升,推動(dòng)了集成電路封測行業(yè)的快速發(fā)展。特別是在5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的推動(dòng)下,集成電路的應用場(chǎng)景更加廣泛,對集成電路封裝測試的需求也進(jìn)一步增加。
其次,隨著(zhù)國內集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,越來(lái)越多的國內企業(yè)開(kāi)始涉足集成電路設計、制造和封裝測試等領(lǐng)域。這些企業(yè)對集成電路封裝測試服務(wù)的需求旺盛,推動(dòng)了中國集成電路封裝測試市場(chǎng)的規模不斷擴大。同時(shí),國內集成電路企業(yè)對封裝測試技術(shù)的要求也在不斷提高,對封裝測試企業(yè)的技術(shù)水平和創(chuàng )新能力提出了更高的要求。
此外,全球集成電路產(chǎn)業(yè)向中國轉移的趨勢也為中國集成電路封裝測試行業(yè)帶來(lái)了更多的需求。越來(lái)越多的國際集成電路企業(yè)選擇在中國設立生產(chǎn)基地或研發(fā)中心,這不僅增加了對封裝測試服務(wù)的需求,也為中國集成電路封裝測試企業(yè)提供了更廣闊的發(fā)展空間。
同時(shí),由于集成電路產(chǎn)品的復雜性和多樣性,客戶(hù)對封裝測試服務(wù)的需求也呈現出個(gè)性化和多樣化的特點(diǎn)??蛻?hù)要求封裝測試企業(yè)能夠提供定制化的解決方案,滿(mǎn)足其特定的產(chǎn)品需求和性能要求。因此,封裝測試企業(yè)需要具備較強的技術(shù)研發(fā)能力和創(chuàng )新能力,能夠根據客戶(hù)需求提供個(gè)性化的服務(wù)。
經(jīng)計算,2023年我國集成電路需求量為5631億塊,較上年有所降低,從總體來(lái)看,我國仍然是全球主要的集成電路需求國。
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四、行業(yè)細分市場(chǎng)
1、封裝市場(chǎng)
集成電路封裝技術(shù)發(fā)展大致分為五個(gè)階段,目前處于第三階段成熟期,正向第四階段演進(jìn)。全球封裝技術(shù)的主流處于第三代的成熟期,封測行業(yè)正在經(jīng)歷從傳統封裝向先進(jìn)封裝的轉型。目前國內市場(chǎng)主流封裝產(chǎn)品仍處于第二、三階段,在先進(jìn)封裝方面,大陸封裝行業(yè)整體發(fā)展水平與境外仍存在一定的差距。
隨著(zhù) 5G、高端消費電子、人工智能等新應用發(fā)展以及現有產(chǎn)品向 SiP、WLP 等先進(jìn)封裝技術(shù)轉換,先進(jìn)封裝市場(chǎng)需求維持了較高速度的增長(cháng)。
2023年我國封裝行業(yè)市場(chǎng)規模為2786億元。
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2、測試市場(chǎng)
測試技術(shù)現階段需要能充分滿(mǎn)足客戶(hù)對芯片功能、性能和品質(zhì)等多方面要求,提供個(gè)性化的專(zhuān)業(yè)服務(wù),保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)還需在測試時(shí)間和測試能效上作出進(jìn)一步突破。此外,隨著(zhù)集成電路行業(yè)垂直分工趨勢的日益明顯和眾多新興下游領(lǐng)域的涌現,獨立第三方測試企業(yè)需要向專(zhuān)業(yè)化、規?;姆较蚺?,達到能夠迅速反應市場(chǎng)需求、滿(mǎn)足客戶(hù)對于不同產(chǎn)品的個(gè)性化測試要求的經(jīng)營(yíng)水平。我國專(zhuān)業(yè)測試企業(yè)規模普遍偏小,產(chǎn)能相對有限,在高端產(chǎn)品測試能力、產(chǎn)品交期、產(chǎn)品質(zhì)量、服務(wù)個(gè)性化和多樣化等環(huán)節仍處于追趕國際領(lǐng)先企業(yè)的狀態(tài)。
2023年我國集成電路封測行業(yè)測試市場(chǎng)規模為697億元。具體如下:
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