半導(dǎo)體封裝設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)前景及投資研究報(bào)告：后摩爾時(shí)代,封裝技術(shù)快速發(fā)展國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇

證券研究報(bào)告·機(jī)械行業(yè)深度報(bào)告半

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遇2024年4月15日投資要點(diǎn)?

后摩爾時(shí)代漸進(jìn)，先進(jìn)封裝快速發(fā)展。隨著先進(jìn)制程工藝逐漸逼近物理極限，越來(lái)越多廠商的研發(fā)方向由“如何把芯片變得更小”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭绾伟研酒獾酶　?，先進(jìn)封裝快速發(fā)展。先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝最大區(qū)別在于芯片與外部電連接方式，先進(jìn)封裝省略引線，采取傳輸速度更快的凸塊、中間層等，主要包括凸塊（

Bump

）、倒裝（Flip

Chip）、晶圓級(jí)封裝（Wafer

levelpackage）、再分布層技術(shù)（RDL）和硅通孔（TSV）技術(shù)等。?

我國(guó)封測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟，但封裝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較低。2022年全球委外封測(cè)（OSAT）廠商前十大合計(jì)占比約78%，基本被中國(guó)臺(tái)灣和中國(guó)大陸廠商包攬，中國(guó)臺(tái)灣日月光、安靠等合計(jì)占比約41%，中國(guó)大陸長(zhǎng)電科技、通富微電占等合計(jì)占比約25%；但國(guó)內(nèi)缺乏知名封裝設(shè)備商，封裝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率不超過(guò)5%，主要系產(chǎn)業(yè)政策向制程設(shè)備等有所傾斜，我們認(rèn)為未來(lái)自主可控背景疊加國(guó)產(chǎn)設(shè)備商突破，封裝設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率有望進(jìn)一步提升。?

傳統(tǒng)&先進(jìn)封裝所需設(shè)備有一定重合但工藝要求有所變化，設(shè)備增量主要在于前道圖形化設(shè)備。（1）傳統(tǒng)后道設(shè)備：①減薄機(jī)：可分為轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削和硅片旋轉(zhuǎn)磨削兩種方式，先進(jìn)的多層封裝芯片厚度都在100μm以下甚至30μm以下，增大減薄難度；②劃片機(jī)：目前以砂輪劃片機(jī)為主導(dǎo)，激光劃片機(jī)補(bǔ)充，激光切在超薄硅晶圓、低k介質(zhì)晶圓、小尺寸及MEMS

芯片方面凸顯出重要優(yōu)勢(shì)；③固晶機(jī)：對(duì)設(shè)備的效率和精度要求提高，關(guān)鍵在于視覺(jué)對(duì)位系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制等；④鍵合機(jī)：過(guò)去傳統(tǒng)多為引線鍵合，但晶圓級(jí)封裝技術(shù)快速發(fā)展，如臨時(shí)鍵合&解鍵合是處理超薄晶圓背面制程工藝的關(guān)鍵支撐，混合鍵合僅通過(guò)銅觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)短距離電氣互連；⑤塑封機(jī)：轉(zhuǎn)注封裝多用于傳統(tǒng)封裝，先進(jìn)封裝背景下壓塑封裝為未來(lái)趨勢(shì)；⑥電鍍機(jī)：傳統(tǒng)封裝中電鍍機(jī)主要在封裝體的特定部位上沉積金屬層，隨著先進(jìn)封裝發(fā)展，例如凸塊、RDL、

TSV等均需要電鍍金屬銅進(jìn)行沉積。（2）新增前道圖形化設(shè)備：先進(jìn)封裝與傳統(tǒng)封裝工藝流程最大的區(qū)別在于增加了前道圖形化的工序，主要包括PVD或CVD等薄膜沉積設(shè)備、涂膠顯影設(shè)備、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、電鍍機(jī)等，如TSV需要硅刻蝕鉆孔、需要PVD來(lái)制作種子銅層，凸塊也需要涂膠顯影、光刻、刻蝕來(lái)制作更精細(xì)的間距。?

他山之石可以攻玉，海外龍頭經(jīng)驗(yàn)借鑒。（1）減薄機(jī)&劃片機(jī)：龍頭為日本DISCO、東京精密等，二者合計(jì)份額在70-90%左右，其中DISCO為切磨拋設(shè)備+刀輪、磨輪耗材龍頭，國(guó)內(nèi)布局減薄機(jī)的主要有華海清科、邁為股份、晶盛機(jī)電等，劃片機(jī)主要有邁為股份、光力科技、大族激光、德龍激光等；（2）固晶機(jī)：Besi和ASM占據(jù)全球前兩位，CR2在60%左右，國(guó)內(nèi)主要為新益昌、快克智能等；（3）鍵合機(jī)：海外K&S（庫(kù)力索法）、ASM為半導(dǎo)體引線鍵合機(jī)龍頭，CR2約80%，國(guó)內(nèi)主要為奧特維等，晶圓鍵合機(jī)龍頭為奧地利EVG、德國(guó)SUSS等，CR2約70%，國(guó)內(nèi)主要為拓荊科技、芯源微等。?

投資建議：重點(diǎn)推薦晶盛機(jī)電（減薄機(jī)）、拓荊科技（鍵合機(jī)）、盛美上海（電鍍機(jī)）、邁為股份（切磨拋+鍵合機(jī)）、華海清科（研磨機(jī)）、奧特維（鍵合機(jī)）、大族激光（切片機(jī)）、芯源微（鍵合機(jī)）、德龍激光（切片機(jī)）；建議關(guān)注新益昌（固晶機(jī)）、光力科技（切片機(jī)）、快克智能（固晶機(jī)）、文一科技（塑封機(jī)）、耐科裝備（塑封機(jī)）等。?

風(fēng)險(xiǎn)提示：封裝設(shè)備需求不及預(yù)期、封裝設(shè)備技術(shù)研發(fā)不及預(yù)期、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇。2目錄半

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公

司5投

資

建

議6

風(fēng)

險(xiǎn)

提

示31.1.

半導(dǎo)體封裝的關(guān)鍵作用是實(shí)現(xiàn)芯片和外部系統(tǒng)的電連接?

封裝的核心是實(shí)現(xiàn)芯片和系統(tǒng)的電連接。芯片封裝是指將芯片密封在塑料、金屬或陶瓷等材料制成的封裝體內(nèi)，使芯片與外部環(huán)境之間建立一道屏障，保護(hù)芯片免受外部環(huán)境影響，同時(shí)封裝還提供了一個(gè)接口，使芯片能夠與其他電子元件進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)信息的輸入輸出。封裝經(jīng)歷硅片減薄、硅片切割、芯片貼裝、芯片互連、成型、去飛邊毛刺、切筋打彎、上焊錫、打碼等多道工藝流程。主要功能包括保護(hù)芯片、增強(qiáng)熱穩(wěn)定性、提供機(jī)械支撐、確保電氣連接等。?

封裝工藝可分為0級(jí)到3級(jí)封裝等四個(gè)不同等級(jí)，一般主要涉及晶圓切割和芯片級(jí)封裝。0級(jí)封裝為晶圓（Wafer）切割，1級(jí)封裝為芯片（Die）級(jí)封裝，2級(jí)封裝負(fù)責(zé)將芯片安裝到模塊或電路卡上，3級(jí)封裝將附帶芯片和模塊的電路卡安裝到系統(tǒng)板上?！?/p>

圖：半導(dǎo)體封裝工藝等級(jí)◆

圖：半導(dǎo)體封裝的主要作用4數(shù)據(jù)：半導(dǎo)體行業(yè)觀察，東吳證券研究所1.2.

后摩爾時(shí)代下封裝追求更高的傳輸速度、更小的芯片尺寸?

封裝逐步朝著高速信號(hào)傳輸、堆疊、小型化、低成本、高可靠性、散熱等方向發(fā)展。（1）高速信號(hào)運(yùn)輸：人工智能、5G等技術(shù)在提高芯片速度的同時(shí)還需要提升半導(dǎo)體封裝技術(shù)，從而提高傳輸速度；（2）堆疊：過(guò)去一個(gè)封裝外殼內(nèi)僅包含一個(gè)芯片，而如今可采用多芯片封裝（MCP）和系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）等技術(shù)，在一個(gè)封裝外殼內(nèi)堆疊多個(gè)芯片；（3）小型化：隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品逐漸被用于移動(dòng)甚至可穿戴產(chǎn)品，小型化成為一項(xiàng)重要需求?！?/p>

圖：集成電路發(fā)展路線圖5數(shù)據(jù)：《先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展與機(jī)遇》，東吳證券研究所1.3.

半導(dǎo)體封裝可分為傳統(tǒng)封裝和先進(jìn)封裝兩大類(lèi)?

封裝技術(shù)大致可分為傳統(tǒng)封裝和先進(jìn)封裝兩類(lèi)，進(jìn)入后摩爾時(shí)代先進(jìn)封裝技術(shù)快速發(fā)展。傳統(tǒng)封裝主要是用引線框架承載芯片的封裝形式，而先進(jìn)封裝引腳以面陣列引出，承載芯片大都采用高性能多層基板。隨著先進(jìn)制程工藝逐漸逼近物理極限，越來(lái)越多廠商的研發(fā)方向由“如何把芯片變得更小”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭绾伟研酒獾酶　?，先進(jìn)封裝技術(shù)得到快速發(fā)展?！?/p>

表：傳統(tǒng)封裝及先進(jìn)封裝具體的封裝形式分類(lèi)階段起始時(shí)間封裝形式具體典型的封裝形式晶體管封裝（TO）、陶瓷雙列直插封裝（CDIP）、塑料雙列直插封裝（PDIP）、單列直插式封裝（SIP）等塑料有引線片式載體封裝（PLCC）、塑料四片引線扁平封裝（PQFP）、小外形表面封裝（SOP）第一階段

20世紀(jì)70年代以前第二階段

20世紀(jì)80年代以后通孔插裝型封裝傳統(tǒng)封裝表面貼裝型封裝塑料焊球陣列封裝（PBGA）、陶瓷焊球陣列封（CBGA）、帶散熱器焊球陣列封裝（EBGA）、倒裝芯片焊球陣列封裝（FC-BGA）晶圓級(jí)封裝（WLP）球柵陣列封裝（BGA）第三階段

20世紀(jì)90年代以后先進(jìn)封裝多芯片組封裝（MCM）多層陶瓷基板（MCM-C）、多層薄膜基板（MCM-D）、多層印制板（MCM-L）系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）、芯片上制作凸點(diǎn)（Bumping）晶圓級(jí)系統(tǒng)封裝-硅通孔（TSV）、扇出型集成電路封裝（Fan-Out）等第四階段第五階段20世紀(jì)末開(kāi)始21世紀(jì)前10年開(kāi)始6數(shù)據(jù)：艾森半導(dǎo)體招股說(shuō)明書(shū)，東吳證券研究所1.4.

傳統(tǒng)封裝依靠引線實(shí)現(xiàn)電連接，可分為通孔插裝和表面貼裝類(lèi)?

傳統(tǒng)封裝需要依靠引線將晶圓與外界產(chǎn)生電氣連接。將晶圓切割為晶粒后，使晶粒貼合到相應(yīng)的基板架上，再利用引線將晶片的接合焊盤(pán)與基板引腳相連，實(shí)現(xiàn)電氣連接，最后用外殼加以保護(hù)。?

傳統(tǒng)封裝大致可以分為通孔插裝類(lèi)封裝以及表面貼裝類(lèi)封裝。20世紀(jì)70年代人們通常采用雙列直插式封裝（DIP）或鋸齒型單列式封裝（ZIP）等通孔型技術(shù)，即將引線插入到印刷電路板（PCB）的安裝孔中；后來(lái)，隨著引腳數(shù)量的不斷增加以及PCB設(shè)計(jì)的日趨復(fù)雜，通孔插孔技術(shù)的局限性也日益凸顯，薄型小尺寸封裝（TSOP）、四方扁平封裝（QFP）和J形引線小外形封裝（SOJ）等表面貼裝型技術(shù)陸續(xù)問(wèn)世?！?/p>

圖：通孔型和表面貼裝型的封裝形式對(duì)比◆

表：傳統(tǒng)封裝可分為通孔插裝類(lèi)封裝和表面貼裝類(lèi)封裝通孔插裝類(lèi)封裝（THP）表面貼裝類(lèi)封裝（SMP）除PGA外，一般不超過(guò)100；PGA不超過(guò)500引腳數(shù)量封裝密度電性能最多可達(dá)1000以上（如BGA）與THP相比，當(dāng)具有相同的引腳數(shù)量時(shí)，SMP的封裝面積為T(mén)HP的25%-40%，其質(zhì)量為T(mén)HP的5%-15%。芯片面積占封裝面積比最大可超過(guò)1:1.14，非常接近1:1與SMP相比，當(dāng)具有相同的引腳數(shù)量時(shí)，封裝面積較大，質(zhì)量較大。芯片面積占封裝面積比小，通常在1:10以下寄生電感、電阻和電容大，信號(hào)傳輸慢寄生電感、電阻和電容小，信號(hào)傳輸快自動(dòng)化生產(chǎn)體積大，質(zhì)量大.外形復(fù)雜，體積小，質(zhì)量小，貼裝更容易需要多種插裝機(jī)生產(chǎn)成本可靠性材料成本高，生產(chǎn)效率低焊點(diǎn)缺陷率高材料成本低，生產(chǎn)效率高焊點(diǎn)缺陷率低50%以上7數(shù)據(jù)：半導(dǎo)體行業(yè)觀察，

東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式，省略了引線的方式，采取傳輸速度更快的凸塊、中間層等。先進(jìn)封裝的四要素包括RDL（再分布層技術(shù)）、TSV（硅通孔）、

Bump（凸塊）、Wafer（晶圓），任何一款封裝如果具備了四要素中的任意一個(gè)，都可以稱之為先進(jìn)封裝。在先進(jìn)封裝的四要素中，RDL起著XY平面電氣延伸的作用，TSV起著Z軸電氣延伸的作用，Bump起著界面互聯(lián)和應(yīng)力緩沖的作用，Wafer則作為集成電路的載體以及RDL和TSV的介質(zhì)和載體。?

下文我們重點(diǎn)討論凸塊（

Bump）、倒裝（FlipChip）、晶圓級(jí)封裝（Waferlevel

package）、再分布層技術(shù)（RDL）和硅通孔（TSV）?！?/p>

圖：先進(jìn)封裝的四要素包括RDL（再分布層技術(shù)）、TSV（硅通孔）、

Bump（凸塊）、Wafer（晶圓）圖：根據(jù)四要素的先進(jìn)性排序?yàn)锽ump、RDL、Wafer、◆TSV8數(shù)據(jù)：SiP與先進(jìn)封裝技術(shù)，東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

（1）凸塊（Bump）：是在芯片上制作凸塊，通過(guò)在芯片表面制作金屬凸塊提供芯片電氣互連的“點(diǎn)”接口，廣泛應(yīng)用于

FC、WLP等先進(jìn)封裝。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，凸塊制作的材質(zhì)主要有金、銅、銅鎳金、錫等，不同金屬材質(zhì)適用于不同芯片的封裝?！?/p>

圖：凸塊替代原有的引線將芯片與基底進(jìn)行連接◆

表：不同類(lèi)型的凸塊凸塊種類(lèi)主要特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)城由于金具有良好的導(dǎo)電性、機(jī)械加工性(較為柔軟)及抗腐蝕性，因此金凸塊具有密度大、低感應(yīng)、散熱能力佳、材質(zhì)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，但金凸塊原材料成本高。主要應(yīng)用于顯示驅(qū)動(dòng)芯片、傳感器、電子標(biāo)簽等產(chǎn)品封裝。金凸塊銅鎳金凸塊可適用于不同的封裝，可提高鍵合導(dǎo)電性能、銅鎳金凸塊

散熱性能、減少阻抗，大大提高了引線鍵合的靈活性雖原材料成本較金凸塊低，但工藝復(fù)雜制造成本相對(duì)高。目前主要用于電源管理等大電流、需低阻抗的芯片封裝。應(yīng)用領(lǐng)域較廣，主要應(yīng)用于通用處理器、圖像銅柱凸塊具有良好電性能和熱性能具備窄節(jié)距的優(yōu)點(diǎn)。同

處理器、存儲(chǔ)器芯片、ASIC、FPGA、電源銅柱凸塊錫凸塊時(shí)可通過(guò)增加介電層或RDL

提升芯片可靠性。管理芯片、射頻前端芯片、基帶芯片、功率放大器、汽車(chē)電子等產(chǎn)品或領(lǐng)域。凸塊結(jié)構(gòu)主要由銅焊盤(pán)和錫帽構(gòu)成，一般是銅柱凸塊尺寸

應(yīng)用領(lǐng)域較廣，主要應(yīng)用于圖像傳感器、電源的3~5倍球體較大，可焊性更強(qiáng)。

管理芯片、高速器件、光電器件等領(lǐng)域。9數(shù)據(jù)：SiP與先進(jìn)封裝技術(shù)，半導(dǎo)體材料與工藝，東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

銅柱凸塊（Cu

Pillar）制造流程主要包括UBM濺射、厚膠光刻、電鍍、去膠和UBM刻蝕等工序。①采用濺射或其他PVD的方式在晶圓表面沉積一層銅作為電鍍的種子層；②在晶圓表面涂一定厚度的光刻膠并光刻出所需圖形；③對(duì)晶圓進(jìn)行電鍍，通過(guò)控制電鍍電流大小、電鍍時(shí)間等，從光刻膠開(kāi)窗圖形底部生長(zhǎng)并得到一定厚度的金屬層；④去除多余光刻膠?！?/p>

圖：銅柱凸塊制造工藝流程10數(shù)據(jù)：《基于先進(jìn)封裝的銅柱凸塊技術(shù)》，東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

（2）倒裝（FlipChip,FC）：通過(guò)將芯片顛倒封裝在基板上，芯片與外部系統(tǒng)主要通過(guò)焊球或凸塊實(shí)現(xiàn)鏈接，封裝更為緊湊。具體來(lái)看，F(xiàn)C是在I/O

pad上沉積錫鉛球，然后將芯片翻轉(zhuǎn)加熱，利用熔融的錫鉛球與陶瓷基板相結(jié)合，當(dāng)前主要應(yīng)用于CPU、GPU及芯片組等產(chǎn)品，CPU及內(nèi)存條等電子產(chǎn)品是最常見(jiàn)的應(yīng)用倒裝芯片技術(shù)的器件。

與傳統(tǒng)的引線鍵合相比，F(xiàn)C的芯片結(jié)構(gòu)和I/O端（錫球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整個(gè)芯片表面，在封裝密度和處理速度上FC顯著高于引線鍵合技術(shù)，特別是它可以采用類(lèi)似SMT技術(shù)的手段來(lái)加工?！?/p>

圖：倒裝封裝利用焊球或凸塊實(shí)現(xiàn)電連接◆

圖：倒裝封裝工藝流程11數(shù)據(jù)：三星，東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

（3）晶圓級(jí)封裝（Wafer-level

packaging,

WLP）：不同于傳統(tǒng)封裝工藝，WLP在芯片還在晶圓上的時(shí)候就對(duì)芯片進(jìn)行封裝，保護(hù)層可以黏接在晶圓的頂部或底部，然后連接電路，再將晶圓切成單個(gè)芯片。晶圓級(jí)芯片封裝又可分為扇入型（Fan-in

WLP）和扇出型（Fan-out

WLP），扇入型將導(dǎo)線和錫球固定在晶圓頂部，而扇出型則將芯片重新排列為模塑晶圓，二者最大的區(qū)別在于扇出型引腳數(shù)多于扇入型、封裝尺寸較大，在大批量生產(chǎn)時(shí)，扇入型通常比扇出型更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)橹圃爝^(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，然而如果需要更高的I/O引腳數(shù)量或更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，扇出型可能是更好的選擇。WLP已廣泛用于閃速存儲(chǔ)器、EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驅(qū)動(dòng)器、射頻器件、邏輯器件、電源／電池管理器件和模擬器件

(穩(wěn)壓器、溫度傳感器、控制器、運(yùn)算放大器、功率放大器)等領(lǐng)域。◆

圖：晶圓級(jí)芯片封裝又可分為扇入型（Fan-in◆

圖：晶圓級(jí)封裝（下）與傳統(tǒng)封裝（上）的區(qū)別WLP）和扇出型（Fan-out

WLP）12數(shù)據(jù)：半導(dǎo)體行業(yè)觀察，

東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

（4）再分布層技術(shù)（Redistributionlayer，RDL）：在晶圓表面沉積金屬層和相應(yīng)的介質(zhì)層，并形成金屬布線，對(duì)IO端口進(jìn)行重新布局，將其布局到新的、占位更為寬松的區(qū)域，并形成面陣列排布。在芯片設(shè)計(jì)和制造時(shí)，IO

端口一般分布在芯片的邊沿或者四周，這對(duì)于引線鍵合工藝來(lái)說(shuō)很方便，但對(duì)于倒裝技術(shù)來(lái)說(shuō)就有些困難，因此RDL應(yīng)運(yùn)而生。在芯片封裝過(guò)程中，RDL

用于重新分配芯片上的電路布線，將其連接到封裝基板上的引腳或其他組件，這有助于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電路連接、提高性能并減小封裝面積。?

晶圓級(jí)封裝中RDL是最為關(guān)鍵的技術(shù)，通過(guò)RDL將IO端口進(jìn)行扇入或者扇出；在2.5D封裝中，通過(guò)RDL將網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)并分布到不同的位置，從而將硅基板上方芯片的Bump和基板下方的Bump連接；在3D

封裝中，堆疊上下是不同類(lèi)型芯片時(shí)需要RDL重布線層將上下層芯片的IO進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，從而完成電氣互聯(lián)。◆

圖：再分布層技術(shù)（RDL）示意圖13數(shù)據(jù)：

SiP與先進(jìn)封裝技術(shù)，東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

RDL的主要工藝流程為：①形成鈍化絕緣層并開(kāi)口；

②沉積粘附層和種子層；③光刻顯影形成線路圖案并電鍍填充；④除光刻膠并刻蝕粘附層和種子層；⑤重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的

RDL

布線?！?/p>

圖：RDL工藝流程圖1414數(shù)據(jù)：

《先進(jìn)封裝RDL-first工藝研究進(jìn)展》，東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

（5）硅通孔技術(shù)（ThroughSilicon

Via，TSV）：在芯片內(nèi)部垂直穿透硅片并連接芯片頂部和底部的金屬線，主要作用是實(shí)現(xiàn)不同芯片層級(jí)之間的電信號(hào)連接。TSV可分為2.5D和3D，2.5D需要中介層Inteposer，典型應(yīng)用為臺(tái)積電的CoWos（Chip-on-Wafer-on-Substrate）

，3D無(wú)需中介層，典型應(yīng)用為SK海力士、三星的HBM（High

Bandwidth

Memory）

?！?/p>

圖：2.5D封裝的典型應(yīng)用CoWos◆

圖：TSV可分為2.5D和3D◆

圖：3D封裝的典型應(yīng)用HBM15數(shù)據(jù)：臺(tái)積電，半導(dǎo)體行業(yè)觀察，東吳證券研究所1.5.

先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝的最大區(qū)別在于芯片與外部系統(tǒng)的電連接方式?

TSV的制作主要包括六個(gè)關(guān)鍵的工藝步驟，以前通孔為例：①通過(guò)深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)或者激光打孔技術(shù)制作YSV；②通過(guò)熱氧化技術(shù)或者等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積；③通過(guò)物理氣相沉積技術(shù)制作阻擋層和種子層；④通過(guò)電鍍技術(shù)將銅填充于TSV中；⑤通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)去除多余的銅；⑥TSV

Cu外露?！?/p>

圖：TSV工藝流程16數(shù)據(jù)：半導(dǎo)體材料與工藝，SK，東吳證券研究所目錄半

導(dǎo)

體

封

裝

概

覽

：

后

摩

爾

時(shí)

代

漸

進(jìn)

，

先

進(jìn)

封裝

快

速

發(fā)

展12傳

統(tǒng)

&

先

進(jìn)

封

裝

設(shè)

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合

（

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薄

/

劃

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/固

晶

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鍵

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，

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圖

形

化

設(shè)

備3他

山

之

石

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玉

，

海

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龍

頭

經(jīng)

驗(yàn)

借

鑒4

本

土

重

點(diǎn)

公

司5投

資

建

議6

風(fēng)

險(xiǎn)

提

示172.1.

半導(dǎo)體封裝設(shè)備價(jià)值量占比約5%，固晶機(jī)/劃片機(jī)/鍵合機(jī)等為核心?

后道封裝設(shè)備占半導(dǎo)體設(shè)備的價(jià)值量比重約5%，貼片機(jī)/劃片機(jī)/鍵合機(jī)等為核心設(shè)備。根據(jù)SEMI，2025年全球半導(dǎo)體封裝設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)59.5億美元（按照2024年4月13日匯率7.24計(jì)算，對(duì)應(yīng)人民幣市場(chǎng)空間約430.8億元），其中固晶機(jī)（貼片機(jī)）占比30%，劃片機(jī)（切片機(jī)）占比28%，鍵合機(jī)占比23%?！?/p>

圖：封裝設(shè)備中劃片機(jī)/固晶機(jī)/鍵合機(jī)等為核心◆

圖：2022年全球半導(dǎo)體封裝設(shè)備價(jià)值量占比約5%電鍍機(jī),

1%封裝設(shè)備,5%測(cè)試設(shè)備,塑封機(jī)&切筋機(jī),18%7%貼片機(jī),

30%鍵合機(jī),

23%劃片機(jī),

28%晶圓制造設(shè)備,88%◆

表：2017-2025E全球半導(dǎo)體封裝設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模201726680746120182948882682019202605646202027081756220214901471371138820222023E

2024E

2025E全球半導(dǎo)體封裝設(shè)備銷(xiāo)售額（億元）固晶機(jī)（30%）40512111393734279847864503347104978062341712511796754劃片機(jī)（28%）其中鍵合機(jī)（23%）塑封機(jī)（18%）電鍍機(jī)（1%）483533362493518數(shù)據(jù)：SEMI，東吳證券研究所測(cè)算2.1.

我國(guó)封測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈雖成熟，但設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率不足5%?

我國(guó)集成電路封測(cè)環(huán)節(jié)發(fā)展成熟度高于晶圓制造環(huán)節(jié)。2022年全球委外封測(cè)（OSAT）廠商前十大合計(jì)占比約78%，基本被中國(guó)臺(tái)灣和中國(guó)大陸廠商包攬，其中中國(guó)臺(tái)灣日月光占比

27%、安靠占比14%，合計(jì)占比約41%；中國(guó)大陸廠商長(zhǎng)電科技占比11%、通富微電占比7%、華天科技占比4%、智路封測(cè)占比3%，合計(jì)占比約25%。?

但封裝與測(cè)試設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率均低于晶圓制程設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率。國(guó)內(nèi)缺乏知名的封裝設(shè)備制造廠商，也缺乏中高端測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商，封測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率整體上不超過(guò)5%，主要原因是產(chǎn)業(yè)政策向晶圓廠、封測(cè)廠、制程設(shè)備等有所傾斜，而封裝設(shè)備和中高端測(cè)試設(shè)備缺乏產(chǎn)業(yè)政策培育和來(lái)自封測(cè)客戶的驗(yàn)證機(jī)會(huì)，我們認(rèn)為未來(lái)隨著國(guó)產(chǎn)封裝設(shè)備商、測(cè)試設(shè)備商的積極突破+自主可控整體大背景下，封裝和中高端測(cè)試設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率有望持續(xù)提升，匹配我國(guó)封測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度?！?/p>

圖：2022

年全球委外封測(cè)（OSAT）廠商市占率◆

圖：2017-2021年中國(guó)大陸封裝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較低4%9%10%2017其它,

22%21%日月光,

27.1%5%南茂,

1.7%欣邦,

1.8%15%1%1%1%3%3%3%京元電子,

2.7%智路封測(cè),

3.5%安靠,

14.1%2021華天科技,

3.9%長(zhǎng)電科技,10.7%力成科技,

6.1%通富微電,

6.5%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%19數(shù)據(jù)：SEMI，芯思想，東吳證券研究所2.1.

傳統(tǒng)與先進(jìn)封裝所需的設(shè)備有一定重合，但工藝要求有差別◆

圖：傳統(tǒng)封裝與先進(jìn)封裝所需設(shè)備有一定重合，減薄機(jī)、劃片機(jī)、固晶機(jī)、鍵合機(jī)、塑封機(jī)等均為標(biāo)配，當(dāng)然先進(jìn)封裝對(duì)前述設(shè)備均提出更高要求，例如研磨更薄的晶圓、鍵合不再是引線框架、塑封機(jī)轉(zhuǎn)向壓塑等清洗、光檢清洗、光檢植球/電鍍激光刻字切割成型磨片切割固晶鍵合注塑傳統(tǒng)封裝植球機(jī)/電鍍機(jī)減薄機(jī)劃片機(jī)清洗機(jī)固晶機(jī)鍵合機(jī)清洗機(jī)塑封機(jī)打標(biāo)機(jī)切片機(jī)清洗、光檢清洗、光檢激光刻字切割成型磨片切割固晶固化注塑植球倒裝封裝回流焊爐減薄機(jī)劃片機(jī)清洗機(jī)固晶機(jī)清洗機(jī)固化塑封機(jī)植球機(jī)打標(biāo)機(jī)切片機(jī)晶圓植球減薄劃片清洗、光檢激光刻字切割成型重布線RDL晶固晶注塑磨片圓級(jí)封裝電鍍機(jī)/刻蝕機(jī)等研磨機(jī)/劃片機(jī)固化烤箱減薄機(jī)植球機(jī)固晶機(jī)清洗機(jī)塑封機(jī)打標(biāo)機(jī)切片機(jī)2.5D/3解鍵合切割成型硅穿孔TSV、重布線RDL注塑磨片臨時(shí)鍵合磨片重布線RDL植球劃片固晶固化清洗、光檢注塑激光刻字固晶電鍍機(jī)/刻蝕機(jī)等固晶機(jī)減薄機(jī)電鍍機(jī)/刻蝕機(jī)等植球機(jī)塑封機(jī)打標(biāo)機(jī)塑封機(jī)臨時(shí)鍵合機(jī)劃片機(jī)固晶機(jī)切片機(jī)D研磨機(jī)解鍵合機(jī)固化烤箱清洗機(jī)封裝數(shù)據(jù)20：灼識(shí)咨詢，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：晶圓與磨輪（砂輪）通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨削減薄?

減薄指的是晶圓（正面已布好電路的硅片）在后續(xù)劃片之前需要進(jìn)行背面減薄(Backside

grinding)，目前主要通過(guò)磨輪（砂輪）磨削晶圓背面，以降低封裝高度，減小芯片體積。標(biāo)準(zhǔn)的減薄流程如下圖所示。?

減薄機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括粗磨（講究效率）&精磨（講究質(zhì)量）磨輪、成片臺(tái)、機(jī)械手、料籃等。晶圓吸附在承片臺(tái)上，通過(guò)粗磨、精磨工位上的磨輪進(jìn)行減薄，減薄完成后，通過(guò)機(jī)械手將完成加工的晶圓傳輸?shù)搅匣@里，然后再把整個(gè)料籃拿到撕貼膜一體機(jī)上，去撕除貼在晶圓表面的保護(hù)膜，并粘貼上劃片膜，為后續(xù)劃切工藝做好準(zhǔn)備?！?/p>

圖：芯片封裝減薄、劃切工藝流程◆

圖：傳統(tǒng)封裝減薄機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖21數(shù)據(jù)：

《淺談晶圓超薄化》

，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：晶圓與磨輪（砂輪）通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨削減薄?

與硅片可雙面減薄不同，晶圓的減薄加工只能選擇單面（背面）加工方法，可分為轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削（RotaryGrinding）和硅片旋轉(zhuǎn)磨削（In-Feed

Grinding）兩種方式，兩種方式的最大差異在于晶圓是否自轉(zhuǎn)?！?/p>

圖：晶圓減薄的方式為單面（背面）減薄，包括轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削和硅片旋轉(zhuǎn)磨削兩種雙面研磨硅片制備轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削硅片旋轉(zhuǎn)磨削雙面磨削硅片制備硅片制備晶圓減薄多片硅片制備晶圓減薄單片應(yīng)用同時(shí)加工硅片數(shù)量硅片裝夾方式硅片最大尺寸（ｍｍ）多片行星輪200單片保持架真空吸盤(pán)200真空吸盤(pán)≥300≥300＜1.4（粗磨）＜0.4（精磨）差＜1.4（粗磨）＜0.4（精磨）差＜1.4（粗磨）＜0.4（精磨）好表面損傷層深度（μｍ）20-30去除波紋度的能力產(chǎn)片率（單片加工時(shí)）（min）材料去除率（μm/min）加工余量最好＞1＜2受限＜120-100無(wú)限制＜0.520-100無(wú)限制＜120-100受限加工量（μｍ）磨削力表面紋路樣式≥30（單面）受力小且均勻隨機(jī)30-40（單面）磨削力實(shí)時(shí)變化波紋狀10-300（單面）磨削力基本恒定輻射狀20-40（單面）磨削力基本恒定交叉狀最佳表面粗糙度

Ra總厚度變化(TTV)(um)全局平整度(um)局部平整度(um)單晶硅片面型0.1-0.2μm≤2.0≤0.13≤0.10平面型中≤1.0≤0.131.0-20.0nm≤0.2≤0.13≤0.12W/M/A/V型1.0-20.0nm≤0.2≤0.13≤0.13W/M/V型≤0.11有踏邊，A/楔型研磨液/磨削液磨料水溶性或油溶性

純水和表面活性劑的混合液純水和表面活性劑的混合液純水和表面活性劑的混合液Al2O3等游離磨料

金剛石固結(jié)磨料

金剛石固結(jié)磨料

金剛石固結(jié)磨料22數(shù)據(jù)：《單晶硅片超精密磨削技術(shù)與設(shè)備》，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：晶圓與磨輪（砂輪）通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨削減薄?

轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削為磨輪轉(zhuǎn)動(dòng)，但晶圓自身并不自轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削與晶圓分別固定于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的吸盤(pán)上，在轉(zhuǎn)臺(tái)的帶動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)，晶圓本身并不繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿軸向進(jìn)給，砂輪直徑大于晶圓直徑。?

轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削有整面切入式（Face

Plunge

Grinding）和平面切向式

（Face

Tangential

Grinding）兩種，區(qū)別在于磨輪是否能完全覆蓋晶圓。整面切入式加工時(shí)，砂輪寬度大于晶圓直徑，砂輪主軸沿其軸向連續(xù)進(jìn)給直至余量加工完畢，然后晶圓在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)位；平面切向式磨削加工時(shí)，砂輪沿其軸向進(jìn)給，晶圓在旋轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)下連續(xù)轉(zhuǎn)位，通過(guò)往復(fù)進(jìn)給方式（Reciprocation）或緩進(jìn)給方式（Creep

Feed）完成磨削。?

該種方法下實(shí)際磨削區(qū)面積

B和切入角θ(砂輪外圓與硅片外圓之間夾角)均隨著砂輪切入位置的變化而變化，導(dǎo)致磨削力不恒定，TTV值較高、容易塌邊、崩邊，轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削不適合300mm（12英寸）以上單晶硅片的磨削加工?！?/p>

圖：轉(zhuǎn)臺(tái)式摩削(平面切向式)原理示意圖◆

圖：轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削的實(shí)際磨削區(qū)和切入角θ一直在變化23數(shù)據(jù)：《單晶硅片超精密磨削技術(shù)與設(shè)備》，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：晶圓與磨輪（砂輪）通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨削減薄?

硅片旋轉(zhuǎn)磨削為磨輪轉(zhuǎn)動(dòng)，晶圓自身也轉(zhuǎn)動(dòng)。吸附在工作臺(tái)上的晶圓和金剛石砂輪繞各自軸線旋轉(zhuǎn)，砂輪同時(shí)沿軸向連續(xù)進(jìn)給。其中砂輪直徑大于被加工硅片直徑，其圓周經(jīng)過(guò)硅片中心。?

硅片旋轉(zhuǎn)磨削與轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削相比具有適合大尺寸晶圓、磨削力穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，為目前晶圓減薄的主流：（1）單次單片磨削，可加工

300mm（12英寸）以上的大尺寸硅片；（2）實(shí)際磨削區(qū)面積

B和切入角θ恒定，摩削力相對(duì)穩(wěn)定；（3）通過(guò)調(diào)整砂輪轉(zhuǎn)軸和硅片轉(zhuǎn)軸之間的傾角可實(shí)現(xiàn)單晶硅片面型的主動(dòng)控制，獲得較好的面型精度。另外還具有可實(shí)現(xiàn)大余量磨削、易于實(shí)現(xiàn)在線厚度與表面質(zhì)量的檢測(cè)與控制、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、容易實(shí)現(xiàn)多工位集成磨削、磨削效率高等優(yōu)點(diǎn)?！?/p>

圖：硅片旋轉(zhuǎn)磨削的磨削區(qū)和切入角θ保持恒定◆

圖：硅片旋轉(zhuǎn)磨削的面型控制◆

圖：硅片旋轉(zhuǎn)磨削原理示意圖24數(shù)據(jù)：

《單晶硅片超精密磨削技術(shù)與設(shè)備》

，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：加工水平與設(shè)備、工藝、材料等均有關(guān)?

晶圓減薄加工優(yōu)劣主要取決于設(shè)備及工藝，也與磨輪金剛砂的基本材料、金剛砂粒度的大小有關(guān)系。（1）磨輪粒度：粒度越大，表面粗糙度越大，裂痕層越深，影響最顯著；（2）進(jìn)給：進(jìn)給越大，裂痕層越深，表面粗糙度越大，以粗磨最明顯；（3）晶圓轉(zhuǎn)速：晶圓轉(zhuǎn)速越大、裂痕層越深、表面粗糙度越大；（4）磨輪轉(zhuǎn)速：磨輪轉(zhuǎn)速越大、裂痕層越淺、表面粗糙度越小；（5）溫度：溫度越高，裂痕越不容易產(chǎn)生。◆

圖：磨輪轉(zhuǎn)速、晶圓轉(zhuǎn)速、磨輪粒度及溫度為主要因素25數(shù)據(jù)：

《淺談晶圓超薄化》

，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：金剛石磨輪（砂輪）為核心耗材，關(guān)注磨粒粒徑&結(jié)合劑?

減小砂輪中磨粒的粒徑以及采用低彈性模量的結(jié)合劑，均能夠提高磨削表面質(zhì)量，

減少亞表面損傷深度。（1）磨粒粒徑：為了獲得較好的磨削表面質(zhì)量，

降低亞表面損傷深度，

使用磨粒粒徑小的砂輪磨削硅片是非常必要的，但是砂輪粒度過(guò)細(xì)會(huì)引起砂輪自銳性差、砂輪堵塞等問(wèn)題；（2）結(jié)合劑：采用彈性模量較低的結(jié)合劑也是一種有效的辦法，目前金剛石砂輪結(jié)合劑包括陶瓷結(jié)合劑、樹(shù)脂結(jié)合劑等，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪是以陶瓷、玻璃等無(wú)機(jī)材料作為結(jié)合劑與人造金剛石磨料混合后，粉料經(jīng)壓制成型并經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)而成，樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪是以樹(shù)脂粉或樹(shù)脂液為結(jié)合劑，人造金剛石為磨粒，經(jīng)過(guò)配制、混合、成型、

固化等工藝制備而成，相較于陶瓷結(jié)合劑，樹(shù)脂結(jié)合劑的彈性模量低、彈性好，在磨削過(guò)程中彈性變形較大，進(jìn)而使磨粒產(chǎn)生退讓，從而有效降低磨粒切深。◆

圖：金剛石砂輪26數(shù)據(jù)：

《晶圓低損傷減薄磨拋輪的研制及其性能研究》

，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：晶圓呈現(xiàn)超薄化趨勢(shì)，加工難度變大?

器件小型化要求不斷降低芯片封裝厚度，晶圓超薄化發(fā)展，對(duì)減薄機(jī)提出更高要求。一般的減薄工藝和晶圓傳輸方式只能實(shí)現(xiàn)對(duì)150μm以上厚度晶圓的加工，但隨著器件減小，芯片厚度不斷減薄，強(qiáng)度隨之降低，減薄過(guò)程容易形成損傷和微裂紋。以存儲(chǔ)器為例，其封裝形式主要為疊層封裝，封裝的層數(shù)目前已達(dá)到

96

層以上，為滿足先進(jìn)封裝要求，在封裝整體厚度不變甚至減小的趨勢(shì)下，堆疊中各層芯片的厚度就不可避免地需要減薄，一般來(lái)說(shuō)，較為先進(jìn)的多層封裝所用的芯片厚度都在100μm以下甚至30μm以下，呈現(xiàn)柔軟、剛性差、實(shí)質(zhì)脆弱等特點(diǎn)，要求其TTV小于

1μm、表面粗糙度Rz<0.01

μm，顯著增大加工難度。◆

圖：硅片直徑與芯片厚度的變化趨勢(shì)◆

圖：50

μm厚度、300mm晶圓的柔性27數(shù)據(jù)：《超薄晶圓減薄工藝研究》，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：超薄晶圓磨削后可再疊加拋光工序?

超薄晶圓減薄后可疊加拋光工序，消除殘余應(yīng)力和表面損傷。由于磨削是通過(guò)機(jī)械作用去除材料，會(huì)在硅片表面產(chǎn)生表面損傷、殘余應(yīng)力，導(dǎo)致加工后的晶圓強(qiáng)度降低、翹曲變形，因此精磨加工后通常還需要其他工藝，如化學(xué)機(jī)械拋光，采用晶圓吸附在承片臺(tái)上，拋光墊粘結(jié)在拋光頭上的方式，將拋光液噴灑到晶圓上，與晶圓發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并通過(guò)拋光頭與承片臺(tái)的相互運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面的去除，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的拋光，減小了晶圓表明損傷層的深度，提高了表面質(zhì)量。拋光液中，磨粒的直徑大小在70-100nm，消除晶圓表面因?yàn)榫ツハ鞯奈锢砑庸し绞疆a(chǎn)生的殘余應(yīng)力和表面損傷層，降低了超薄晶圓傳輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。◆

圖：拋光表面形貌圖◆圖：拋光后的翹曲度28數(shù)據(jù)：《超薄晶圓減薄工藝研究》，東吳證券研究所2.2.減薄機(jī)：海外龍頭為DISCO、東京精密等，CR3約85%?

2023年我國(guó)進(jìn)口研磨機(jī)金額為4.4億美元，同比+16%，2017-2023年CAGR為18%，全球減薄設(shè)備主要由日本企業(yè)主導(dǎo)，

CR3高達(dá)85%。

全球減薄機(jī)廠商主要包括日本DISCO、東京精密、G&N、

OkamotoSemiconductor

Equipment

Division等，2022年CR2約68%，CR3約為85%，其中DISCO份額最高，占據(jù)全球主導(dǎo)地位。?

減薄機(jī)頭部公司DSICO、東京精密的單臺(tái)設(shè)備在300~500萬(wàn)人民幣左右，且該設(shè)備全自動(dòng)化程度非常高，國(guó)內(nèi)目前制造減薄機(jī)的廠商很少，包括個(gè)別研究所，如鄭州第三研磨所、中電科，還有華海清科、邁為股份、晶盛機(jī)電等，國(guó)產(chǎn)減薄機(jī)價(jià)格也在300萬(wàn)人民幣左右，一臺(tái)減薄機(jī)一年產(chǎn)能在6萬(wàn)片左右，也與實(shí)際研磨量有關(guān)?！?/p>

圖：2022年海外龍頭為DISCO、東京精密等，◆

圖：2023年我國(guó)進(jìn)口研磨機(jī)金額為4.4億美元，同比+16%，2017-2023年CAGR為18%CR3約85%140%120%100%80%60%40%20%0%54.364.54其它,

15%3.753.313.53G&N,

17%2.52DISCO、東京精密,1.6968%1.591.581.491.510.50-20%2017201820192020202120222023研磨機(jī)進(jìn)口金額（億美元）yoy29數(shù)據(jù)：中國(guó)海關(guān)，東吳證券研究所2.3.劃片機(jī)：分為砂輪切、激光切，目前砂輪切為主流?

一個(gè)晶圓通常由幾百個(gè)至數(shù)千個(gè)

芯片連在一起。它們之間留有80um

至150um的間隙，此間隙被稱之為劃片街區(qū)（Saw

Street）；將每一個(gè)具有獨(dú)立電氣性能的芯片分離出來(lái)的過(guò)程叫做劃片或切割（DicingSaw）?？煞譃樯拜喦懈詈图す馇懈顑煞N方式。?

砂輪切割是目前應(yīng)用最為廣泛的一種劃片方式。主要采用金剛石顆粒和粘合劑組成的刀片，經(jīng)主軸聯(lián)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，與被加工材料相互磨削，并以一定速度進(jìn)給將晶圓逐刀分割成獨(dú)立芯片。在工藝過(guò)程因殘余應(yīng)力和機(jī)械損傷導(dǎo)致的崩裂等缺陷，是制約砂輪劃片發(fā)展的主要問(wèn)題?！?/p>

圖：砂輪切割原理◆圖：刃厚

、刃長(zhǎng)與劃切深度30數(shù)據(jù)：《硅晶圓復(fù)合劃片工藝研究》，東吳證券研究所2.3.劃片機(jī)：分為砂輪切、激光切，目前砂輪切為主流?

影響切片質(zhì)量的關(guān)鍵因素包括主軸、水源、承片臺(tái)、刀具等?！?/p>

圖：影響劃切質(zhì)量關(guān)鍵的因素水平度：如果達(dá)不到要求，會(huì)使劃切后的刀槽變寬，崩邊嚴(yán)重垂直度：如果劃切后工件的刀槽一邊崩邊，裂片嚴(yán)重，而另一邊正常，通常是由空氣主軸于主軸垂直度不夠，可根據(jù)崩邊判別主軸仰角或是俯角轉(zhuǎn)速：影響劃切效果的是主軸線速度，理論上增加主軸轉(zhuǎn)速，提高劃切速度，來(lái)保證固定的線速度就不會(huì)影響劃切效果主軸冷卻水：對(duì)主軸進(jìn)行冷卻保護(hù)，在主軸內(nèi)部循環(huán)使用，必須采用去離子水劃切冷卻水：針對(duì)客戶產(chǎn)品需要選用不同水質(zhì)，建議采用去離子水關(guān)鍵影響因素水源承片臺(tái)刀具陶瓷微孔吸盤(pán)：吸力均勻，適合吸附帶膜較薄、較脆的產(chǎn)品金屬吸盤(pán)：可直接吸附工件，真空吸力較大軟刀：需使用法蘭固定，其優(yōu)點(diǎn)是刀具露出量較大，可加工較厚產(chǎn)品硬刀：通過(guò)高溫高壓的方式將刃體固定在特制法蘭上，不適宜加工較厚產(chǎn)品31數(shù)據(jù)：《硅晶圓復(fù)合劃片工藝研究》，東吳證券研究所2.3.劃片機(jī)：刀片為關(guān)鍵耗材?

刀片關(guān)鍵在于金剛石顆粒的大小、密度和粘結(jié)材料，要兼顧切割質(zhì)量、刀片壽命和生產(chǎn)成本。（1）顆粒大小：金剛石顆粒尺寸影響劃片刀的壽命和切割質(zhì)量，較大的金剛石顆粒度可以在相同的刀具轉(zhuǎn)速下，磨去更多的硅材料，因而刀具的壽命可以得到延長(zhǎng)，然而它會(huì)降低切割質(zhì)量(尤其是正面崩角和金屬

/ILD得分層)，所以對(duì)金剛石顆粒大小的選擇要兼顧切割質(zhì)量和制造成本；（2）密度：高密度的金剛石顆粒可以延長(zhǎng)劃片刀的壽命，同時(shí)也可以減少晶圓背面崩角，低密度的金剛石顆?？梢詼p少正面崩角；（3）粘結(jié)材料：硬的粘結(jié)材料可以更好地“固定”金剛石顆粒，因而可以提高劃片刀的壽命，而軟的粘結(jié)材料能夠令金剛石顆粒保持尖銳的棱角形狀，因而可以減小晶圓的正面崩角或分層，但代價(jià)是劃片刀壽命的縮短?！?/p>

圖：硬刀圖：軟刀◆32數(shù)據(jù)：《半導(dǎo)體封裝劃片工藝及優(yōu)化》，東吳證券研究所2.3.劃片機(jī)：隨著器件進(jìn)一步縮小，激光切有望成為下一代主流?

隨著芯片特征尺寸的不斷縮小和芯片集成度的不斷提高，特別是在超薄硅晶圓、低k介質(zhì)晶圓領(lǐng)域，砂輪劃片容易帶來(lái)崩裂、膜層脫落等問(wèn)題，激光切割可避免上述問(wèn)題，同時(shí)在小尺寸及

MEMS

芯片方面，凸顯出愈發(fā)重要的優(yōu)勢(shì)，激光切割主要可分為激光隱形切割和激光燒蝕切割兩種。?

（1）激光隱形切割：隱形切割技術(shù)是將半透明波長(zhǎng)的激光束通過(guò)光學(xué)聚焦透鏡聚焦于晶圓內(nèi)部，在晶圓內(nèi)部形成分割用的起點(diǎn)，即改質(zhì)層，再對(duì)晶圓施加外力將其分割成獨(dú)立芯片的技術(shù)，一般包括激光切割和芯片分離兩個(gè)過(guò)程。一方面隱形切割只作用于晶圓內(nèi)部，產(chǎn)生碎屑有限，同時(shí)非接觸加工可有效避免砂輪切割時(shí)的損傷崩邊；同時(shí)隱形切割不會(huì)造成劃片間道的損失，可以提高晶圓利用率?！?/p>

圖：激光束設(shè)計(jì)及改質(zhì)層形成原理◆

圖：晶圓激光隱形切割示意33數(shù)據(jù)：《晶圓激光劃片技術(shù)簡(jiǎn)析》，東吳證券研究所2.3.劃片機(jī)：隨著器件進(jìn)一步縮小，激光切有望成為下一代主流?

（2）激光燒蝕切割：利用高能脈沖激光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直和聚焦后，形成能量密度高、束斑尺寸只有微米級(jí)的激光束，作用于工件表面，使被照射區(qū)域局部熔化、氣化，從而使劃片間道材料去除，最終實(shí)現(xiàn)開(kāi)槽或直接劃透。激光燒蝕切割以高溫為作用機(jī)理，在燒蝕邊緣會(huì)形成被加工材料頻繁重鑄等現(xiàn)象的熱影響區(qū)域，關(guān)鍵在于如何控制熱影響區(qū)大小。根據(jù)所加工材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收特性，選擇相應(yīng)激光器和光學(xué)系統(tǒng)?！?/p>

圖：激光燒蝕切割基本原理34數(shù)據(jù)：《晶圓激光劃片技術(shù)簡(jiǎn)析》，東吳證券研究所2.3.劃片機(jī)：分為砂輪切、激光切等，目前砂輪切為主流◆

圖：激光切片機(jī)與刀輪切片機(jī)銷(xiāo)量均在上升?

激光與刀輪切片機(jī)不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，可以增加彼此的銷(xiāo)量。據(jù)DISCO統(tǒng)計(jì)，刀輪切片機(jī)與激光切片機(jī)隨著時(shí)間的推移銷(xiāo)量都在不斷上升，同時(shí)激光切片機(jī)在所有切片機(jī)銷(xiāo)售額中的占比不斷增加，由最開(kāi)始的5%到21年的38%左右。可見(jiàn)，激光切片機(jī)以支持刀片切割機(jī)薄弱的領(lǐng)域發(fā)展，與刀片切割機(jī)不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。切片機(jī)逐年貿(mào)易額刀輪機(jī)

激光機(jī)

激光機(jī)在總切片機(jī)的占比◆

表：各類(lèi)切片機(jī)技術(shù)對(duì)比刀輪切激光切（燒蝕切）激光切（隱形切）等離子切圖例在加工過(guò)程中，激光在

將激光聚焦到工件內(nèi)部，局部聚焦，使固體升華

形成改性層，然后用外和蒸發(fā)。

力將其破壞的過(guò)程。加工方法使用等離子蝕刻氣體去除切割區(qū)域的工藝用刀片（砂輪）加工橫截面用途廣泛，通過(guò)更換刀片可用于多種材料；取得了大量成就，并在技術(shù)上建立了良好的基礎(chǔ)。用于一次性加工整個(gè)晶片表面，用于微型芯片；加工損傷小，切屑強(qiáng)度高非接觸式加工，機(jī)械負(fù)荷低；適用于刀片難以處理的硬質(zhì)材料。由于內(nèi)部加工，加工碎屑少；可以不用水進(jìn)行干式加工。特點(diǎn)使用去除高速邏輯集成電路中使用的機(jī)械強(qiáng)度低的電介質(zhì)（低K薄膜）具有微機(jī)械結(jié)構(gòu)的MEMS設(shè)備；成像設(shè)備對(duì)加工碎屑不敏感。大多數(shù)集成電路/LSIRFID等35數(shù)據(jù)：DISCO，東吳證券研究所2.3.劃片機(jī)：海外龍頭為DISCO、東京精密、ADT等，CR3約95%?

2023年我國(guó)進(jìn)口劃片機(jī)金額為3.0億美元，同比+14%，2017-2023年CAGR為8%，全球減薄設(shè)備主要由日本企業(yè)主導(dǎo)，CR3約95%。DISCO、東京精密、以色列ADT（已被光力科技收購(gòu)）等三家為半導(dǎo)體切片機(jī)龍頭，市占率合計(jì)約95%。2021年DISCO約占據(jù)70%市場(chǎng)份額，東京精密次之，劃片機(jī)國(guó)產(chǎn)化率不足5%。?

DISCO刀輪切片機(jī)一臺(tái)價(jià)格300-500萬(wàn)人民幣左右，激光切片機(jī)一臺(tái)價(jià)格在250萬(wàn)人民幣左右，激光切片機(jī)格低于刀輪切片機(jī)的原因在于激光切片機(jī)體積較小，且對(duì)精度沒(méi)有過(guò)高的要求；一臺(tái)刀輪切片機(jī)切割12寸晶圓的產(chǎn)能大概為一個(gè)月1萬(wàn)片左右。◆

圖：2023年我國(guó)進(jìn)口劃片機(jī)金額為3.0億美◆

圖：2021年全球半導(dǎo)體劃片機(jī)龍頭為DISCO，市占率約70%元，同比+14%，2017-2023年CAGR為8%其它,

5%以色列ADT,5%3.33.5380%60%40%20%0%3.012.632.5221.931.921.87東京精密,

20%1.51日本DISCO,

70%-20%-40%0.50201720182019202020212022yoy2023劃片機(jī)進(jìn)口金額（億美元）36數(shù)據(jù)：SEMI，東吳證券研究所2.3.貼片機(jī)（固晶機(jī)）：主要起到抓取、貼放芯片作用?

貼片機(jī)（Die

bonder），也稱固晶機(jī)，將芯片從已經(jīng)切割好的晶圓（Wafer）上抓取下來(lái)，并安置在基板對(duì)應(yīng)的Die

flag上，利用銀膠（Epoxy）把芯片和基板粘接起來(lái)。貼片機(jī)可高速、高精度地貼放元器件，并實(shí)現(xiàn)定位、對(duì)準(zhǔn)、倒裝、連續(xù)貼裝等關(guān)鍵步驟。?

固晶機(jī)主要由點(diǎn)膠系統(tǒng)、物料傳輸系統(tǒng)、固晶系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)組成。首先由點(diǎn)膠系統(tǒng)在封裝基板對(duì)應(yīng)位置上進(jìn)行點(diǎn)膠，而后固晶系統(tǒng)與物料傳輸系統(tǒng)相互配合，從藍(lán)膜上精確地拾取芯片，準(zhǔn)確地將芯片放置在封裝基板涂覆了粘合劑的位置上；接著對(duì)芯片施加壓力，在芯片與封裝基板之間形成厚度均勻的粘合劑層；在承載臺(tái)和物料傳輸系統(tǒng)的進(jìn)給/夾持機(jī)構(gòu)上，分別需要一套視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)完成芯片和封裝基板的定位，將芯片位置的精確信息傳遞給運(yùn)動(dòng)控制模塊，使運(yùn)動(dòng)控制模塊能夠在實(shí)時(shí)狀態(tài)下調(diào)整控制參數(shù)，完成精確固晶?！?/p>

圖：貼片機(jī)作業(yè)原理37數(shù)據(jù)：貼片設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)及現(xiàn)狀，東吳證券研究所2.3.貼片機(jī)（固晶機(jī)）

：設(shè)備的速度和精度是重要指標(biāo)?

設(shè)備主要性能指標(biāo)為貼片精度和貼片效率。目前大部分貼片機(jī)要么滿足高精度貼片，要么為高效率貼片，同時(shí)滿足兩項(xiàng)指標(biāo)是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。貼片機(jī)主要性能指標(biāo)受到精確的視覺(jué)對(duì)位系統(tǒng)、合理的結(jié)構(gòu)布局、精密的運(yùn)動(dòng)控制和完善的系統(tǒng)軟件等影響?！?/p>

圖：設(shè)備的速度和精度是重要指標(biāo)38數(shù)據(jù)：灼識(shí)咨詢，東吳證券研究所2.3.貼片機(jī)（固晶機(jī)）

：海外龍頭BESI、ASM為主，CR2約60%?

根據(jù)Yole，半導(dǎo)體貼片機(jī)2023年全球市場(chǎng)規(guī)模為10億美元，2018年-2024年CAGR達(dá)到7.43%。貼片機(jī)市場(chǎng)基本被國(guó)外公司所壟斷，2021年ASM和Besi占據(jù)全球前兩位，CR2在60%左右。國(guó)內(nèi)龍頭為新益昌，但新益昌以較為低端的LED貼片機(jī)為主。國(guó)外固晶機(jī)單臺(tái)售價(jià)500萬(wàn)人民幣左右，國(guó)產(chǎn)固晶機(jī)300萬(wàn)人民幣左右。?

貼片機(jī)在細(xì)分領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化率呈現(xiàn)兩極分化態(tài)勢(shì)，IC貼片機(jī)因更注重小尺寸精度要求，開(kāi)發(fā)難度較大，國(guó)產(chǎn)化率較低；LED貼片機(jī)則更重視固晶效率和良率，國(guó)產(chǎn)化在成本上更具優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)化率已超90%。表：固晶機(jī)類(lèi)別◆細(xì)分行業(yè)固晶運(yùn)用工藝段固晶機(jī)類(lèi)別原材料-晶圓制造-封測(cè)(封測(cè)過(guò)程為固晶機(jī)運(yùn)用工序點(diǎn))ICIC固晶機(jī)原材料-晶圓制造-封測(cè)（封測(cè)過(guò)程為固晶機(jī)運(yùn)用工序點(diǎn))分立器件分立器件固晶機(jī)外延片-芯片制造-封測(cè)（封測(cè)過(guò)程為固晶機(jī)

運(yùn)用工序點(diǎn))LED類(lèi)固晶機(jī)、貼片固晶機(jī)、COB固晶機(jī)LED◆

圖：2023年全球半導(dǎo)體貼片機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約10億美元◆

圖：2021年全球貼片機(jī)國(guó)外龍頭為BESI、ASM等1210810.8410.099.398.74其它,

27%8.14BESI,

32%7.577.056Shibaura,

1%Fascord,3%Capcon,4%4ASM,

29%2Shinkawa,

4%0201820192020202120222023202439半導(dǎo)體固晶機(jī)市場(chǎng)規(guī)模（億美元）數(shù)據(jù)：YOLE，東吳證券研究所2.4.鍵合機(jī)：種類(lèi)多元，主要將兩片晶圓進(jìn)行結(jié)合?

鍵合（Bonding）是通過(guò)物理或化學(xué)的方法將兩片表面光滑且潔凈的晶圓貼合在一起，以輔助半導(dǎo)體制造工藝或者形成具有特定功能的異質(zhì)復(fù)合晶圓。鍵合技術(shù)有很多種，通常根據(jù)晶圓的目標(biāo)種類(lèi)可劃分為晶圓-晶圓鍵合（Wafer-to-Wafer，W2W）和芯片-晶圓鍵合（Die-to-Wafer，D2W）；根據(jù)鍵合完成后是否需要解鍵合，又可分為臨時(shí)鍵合（Temporary

Bonding）和永久鍵合（Permanant

Bonding）；根據(jù)待鍵合晶圓間是否引入輔助界面夾層，還可分為直接鍵合鍵合、間接鍵合、混合鍵合（Hybrid

Bonding）等；根據(jù)傳統(tǒng)和先進(jìn)與否，傳統(tǒng)方法包括引線鍵合（WireBonding），先進(jìn)方法采用倒裝芯片鍵合（Flip

Chip

Bonding）、混合鍵合等。◆

圖：鍵合機(jī)種類(lèi)多樣40數(shù)據(jù)：《異質(zhì)集成核心工藝晶圓鍵合綜述》，東吳證券研究所2.4.鍵合機(jī)：引線鍵合目前為主流方式?

電子元件中芯片直接粘合在基板上，芯片內(nèi)部輸入和輸出之間的互聯(lián)就需要用到鍵合，包括三種方式——引線鍵合、載帶自動(dòng)鍵合和倒裝芯片鍵合。（1）引線鍵合（Wire

Bonding）是用金屬絲將集成電路芯片上的電極引線與集成電路底座外引線連接在一起的過(guò)程，是目前應(yīng)用最廣泛的一種鍵合方式。（2）載帶自動(dòng)鍵合（TAB，Tape

Automated

Bonding）：隨著WB無(wú)法適應(yīng)電子整機(jī)高密度、超小超薄、芯片尺寸和焊區(qū)越來(lái)越小而出現(xiàn)的，包括芯片焊區(qū)凸點(diǎn)形成、載帶引線制作、內(nèi)引線焊接、基板粘接和外引線焊接等。（3）倒裝芯片鍵合（FCB，F(xiàn)lip

Chip

Bonding）：芯片面朝下、將芯片焊區(qū)和基板焊區(qū)直接互連的鍵合方法，一般先將芯片的焊區(qū)形成一定高度的金屬凸點(diǎn)后再倒裝焊到基板焊區(qū)上?！?/p>

圖：引線鍵合、載帶焊、倒裝焊41數(shù)據(jù)：《銅絲鍵合技術(shù)研究及市場(chǎng)趨勢(shì)綜述》，東吳證券研究所2.4.鍵合機(jī)：引線鍵合目前為主流方式?

引線鍵合根據(jù)鍵合能量使用的不同可以分為熱壓鍵合法、超聲鍵合法和熱超聲鍵合法。（1）熱壓鍵合法：利用微電弧使鍵合絲的端頭熔化成球狀，通過(guò)送絲壓頭壓焊在引線端子上形成第一鍵合點(diǎn)；而后送絲壓頭提升移動(dòng)，在布線板對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體布線端子上形成第二鍵合點(diǎn)，完成引線連接過(guò)程。（2）超聲鍵合法：超聲鍵合法主要應(yīng)用于鋁絲的引線連接，超聲波能量被鋁絲中的位錯(cuò)選擇性吸收，使鋁絲在非常低的外力作用下可處于塑性變形狀態(tài)，鋁蒸鍍膜表面上形成的氧化膜被破壞，露出清潔的金屬表面，便于鍵合。

（3）熱超聲鍵合法：在超聲鍵合機(jī)中引入加熱器輔助加熱，鍵合工具采用送絲壓頭，并進(jìn)行超聲振動(dòng)，具有更高的效率和更廣泛的用途，但是工藝過(guò)程較復(fù)雜?！?/p>

圖：三種引線鍵合方法的比較鍵合方法適用材料鍵合溫度鍵合壓力熱壓鍵合法Au,Cu超聲鍵合法Au,Cu,Al室溫?zé)岢曟I合法Au,Cu300~500°C無(wú)100~150°C有有不需要加熱;對(duì)表面潔凈度不十分敏感；金屬間化合物等引發(fā)的合金劣化問(wèn)題小。鍵合強(qiáng)度高;可在同一位置能再次鍵合；工藝簡(jiǎn)單，無(wú)方向性問(wèn)題。鍵合溫度和壓力較低;對(duì)表面潔凈度不十分敏感;無(wú)方向性問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)對(duì)表面潔凈度敏感;加熱以及金屬對(duì)表面粗糙度敏感;有方向性問(wèn)題；間化合物等可能引發(fā)合金劣化。鋁絲在加工過(guò)程中存在加工硬化。工藝控制比熱壓鍵合法復(fù)雜鋁絲鍵合(一般添加硅等);需要密封；(鋁絲在濕氣中可能有劣化問(wèn)

芯片

LSI

的內(nèi)部布線、連接等題)金絲鍵合;單片式大規(guī)模集成電路(LSI、VLSI）適用范圍42數(shù)據(jù)：《銅絲鍵合技術(shù)研究及市場(chǎng)趨勢(shì)綜述》，東吳證券研究所2.4.鍵合機(jī)：引線鍵合機(jī)海外K&S、ASM為龍頭，CR2約80%?

受下游需求影響，2023年我國(guó)引線鍵合機(jī)進(jìn)口市場(chǎng)空間約5.1億美元，同比-45%，2021年高峰期進(jìn)口市場(chǎng)空間約15.9億美元，包括金銅線鍵合機(jī)和鋁線鍵合機(jī)。其中鋁線鍵合機(jī)數(shù)量占比約為10~15%，約3000-4000臺(tái)，單臺(tái)價(jià)值量約為25萬(wàn)美元，市場(chǎng)空間約為40-50億元人民幣；金銅線鍵合機(jī)數(shù)量占比約為85~90%，單臺(tái)價(jià)值量較低，約為5-6萬(wàn)美元，約80億元人民幣左右。?

海外K&S（庫(kù)力索法）、ASM為半導(dǎo)體鍵合機(jī)龍頭，2021年CR2約80%。鋁線鍵合機(jī)為K&S在2010年收購(gòu)的美國(guó)公司OE業(yè)務(wù)，鍵合機(jī)本身也屬于焊接，符合K&S的生產(chǎn)文化，2020年之前汽車(chē)電子、功率器件，尤其是汽車(chē)電子市場(chǎng)K&S市占率高達(dá)90%，

K&S的Asterion和PowerFusion產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)；2020年下半年以來(lái)浮現(xiàn)出了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，如ASM

Pacific、奧特維等，K&S在逐步減少功率器件IGBT市場(chǎng)的投入，將重心逐步放至汽車(chē)電子

。國(guó)外龍頭單臺(tái)售價(jià)25萬(wàn)美金/臺(tái)（按照2024年4月13日匯率7.24計(jì)算，對(duì)應(yīng)人民幣約180萬(wàn)元），國(guó)產(chǎn)設(shè)備130萬(wàn)人民幣左右?！?/p>

圖：2023年我國(guó)進(jìn)口引線鍵合機(jī)金額為5.1億美元，同比-45%◆

圖：2021年全球引線鍵合設(shè)備K&S、ASM為龍頭，CR2約80%其他20%18161412108160%140%120%100%80%15.869.260%7.336.526.6940%5.0920%64.430%4ASM

Pacific20%K&S60%-20%-40%-60%202017201820192020202120222023引線鍵合機(jī)進(jìn)口金額（億美元）yoy43數(shù)據(jù)：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，中國(guó)海關(guān)，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：臨時(shí)鍵合&解鍵合（TBDB）滿足大尺寸超薄晶圓要求?

臨時(shí)鍵合&解鍵合（TBDB，Temporary

bonding

and

debonding）

是處理超薄晶圓背面制程工藝的關(guān)鍵支撐手段。晶圓朝著大尺寸、多芯片堆疊和超薄化方向發(fā)展，晶圓減?。ǖ陀?/p>

100μm）主要是為了滿足

TSV

制造和多片晶圓堆疊鍵合總厚度受限的需求，但大尺寸薄化晶圓的柔性和易脆性使其很容易發(fā)生翹曲和破損，為了提高芯片制造的良率、加工精度和封裝精度，需要一種支撐系統(tǒng)來(lái)滿足苛刻的背面制程工藝（如光刻、刻蝕、鈍化、濺射、電鍍、回流焊和劃切工序等）。?

在此背景下臨時(shí)鍵合與解鍵合應(yīng)運(yùn)而生，根據(jù)解鍵合方式的不同，臨時(shí)鍵合和解鍵合主要分為機(jī)械剝離、濕化學(xué)浸泡、熱滑移和激光解鍵合4種方法。◆

表：不同

TBDB

技術(shù)的總結(jié)TBDB技術(shù)

解鍵合溫度（℃）

耐受溫度（℃）優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)機(jī)械剝離法室溫室溫<300<300在室溫下解鍵合，成本低

破片率較高，產(chǎn)能低濕化學(xué)浸泡法在室溫下解鍵合，成本低產(chǎn)能過(guò)低產(chǎn)能低，僅適用小尺寸晶圓解鍵合熱滑移法150~235<250<350工藝簡(jiǎn)單，成本低產(chǎn)能高，工藝窗口寬，能夠滿足大于8英寸的大尺寸晶圓的解鍵合激光解鍵合法室溫設(shè)備成本較高44數(shù)據(jù)：《臨時(shí)鍵合技術(shù)在晶圓級(jí)封裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展》，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：臨時(shí)鍵合&解鍵合（TBDB）滿足大尺寸超薄晶圓要求?

（1）機(jī)械剝離法：對(duì)于不能承受高溫和高熱應(yīng)力的器件晶圓，在室溫下實(shí)現(xiàn)鍵合對(duì)的機(jī)械剝離是一種低成本的解決方案。機(jī)械剝離法相對(duì)簡(jiǎn)單粗暴，將薄片插入載板與器件晶圓中間，通過(guò)向上的拉力和旋轉(zhuǎn)的剪切力剝離載板。超薄器件晶圓采用該方法會(huì)因?yàn)檫^(guò)大的機(jī)械應(yīng)力而出現(xiàn)較高的破片率。此外，在機(jī)械剝離之前通常先將鍵合對(duì)轉(zhuǎn)移到切割膠帶上以降低薄晶圓破損的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)配套的專用機(jī)械解鍵合設(shè)備甚至能夠?qū)崿F(xiàn)12

英寸極薄晶圓(厚度5.6μm)的剝離，然而該種專用機(jī)械解鍵合設(shè)備的高成本限制了其應(yīng)用?！?/p>

圖：機(jī)械剝離法的基本流程45數(shù)據(jù)：《臨時(shí)鍵合技術(shù)在晶圓級(jí)封裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展》，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：臨時(shí)鍵合&解鍵合（TBDB）滿足大尺寸超薄晶圓要求?

（2）濕化學(xué)浸泡法：根據(jù)臨時(shí)鍵合膠在特定溶劑中的溶解特性，可

以通過(guò)溶劑浸沒(méi)去除鍵合膠層，直接分離器件晶圓，這種方法被稱為濕化學(xué)浸泡法。濕化學(xué)浸泡法主要包括以下

3

個(gè)步驟：①通過(guò)臨時(shí)鍵合膠將帶有通孔的承載晶圓與器件晶圓進(jìn)行鍵合；②對(duì)器件晶圓進(jìn)行減薄、研磨、重布線層(RDL)

和球化等制程工藝；③將鍵合對(duì)放置在裝有溶劑的容器內(nèi)，放置一段時(shí)間后鍵合膠逐漸溶解，從而實(shí)現(xiàn)器件晶圓的剝離。?

臨時(shí)鍵合材料的特性對(duì)化學(xué)法尤為重要。相比于熱塑性樹(shù)脂，熱固性樹(shù)脂具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。然而熱固性樹(shù)脂通過(guò)固化反應(yīng)發(fā)生分子間交聯(lián)，會(huì)形成很難溶解和熔化的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；另外在解鍵合過(guò)程中大量溶劑的消耗以及特制的多孔載板也會(huì)增加額外的成本?！?/p>

圖：濕化學(xué)浸泡法的基本流程46數(shù)據(jù)：《臨時(shí)鍵合技術(shù)在晶圓級(jí)封裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展》，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：臨時(shí)鍵合&解鍵合（TBDB）滿足大尺寸超薄晶圓要求?

（3）熱滑移解鍵合：熱塑性材料在溶劑清洗過(guò)程中易于從器件晶圓上去除，其被認(rèn)為是最適合用于臨時(shí)鍵合膠的材料且對(duì)器件晶圓表面的結(jié)構(gòu)損傷較小。熱滑移法是將器件晶圓放置在真空吸附工作臺(tái)上，采用可加熱吸盤(pán)吸附載板，通過(guò)加熱使鍵合膠材料軟化，再施加剪切力使器件晶圓側(cè)向滑移出載板。?

熱滑移法面臨多種工藝的挑戰(zhàn)和限制。在高溫下使用臨時(shí)鍵合膠來(lái)降低器件晶圓的機(jī)械強(qiáng)度，使得半導(dǎo)體制程工藝的溫度存在上限，未來(lái)高密度異質(zhì)集成的晶圓級(jí)封裝需滿足更高要求的高溫(高于300℃)制程工藝，熱滑移法與

TBDB技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)相悖；此外在采用熱滑移法的過(guò)程中，滑動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致超薄晶圓出現(xiàn)裂紋。薄硅的脆弱性難以滿足高端芯片對(duì)極薄晶圓剝離的需求?！?/p>

圖：熱滑移解鍵合的工藝流程47數(shù)據(jù)：《臨時(shí)鍵合技術(shù)在晶圓級(jí)封裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展》，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：臨時(shí)鍵合&解鍵合（TBDB）滿足大尺寸超薄晶圓要求?

（4）激光解鍵合法：是一種在室溫下不使用化學(xué)物質(zhì)的低應(yīng)力剝離工藝，在大尺寸超薄晶圓的制造方面逐漸得到了主流應(yīng)用。可分為紅外激光解鍵合法和緊外激光解鍵合法，主要是利用激光穿過(guò)透明載板光子能量沉積在光敏響應(yīng)材料層，進(jìn)而誘發(fā)材料的快速分解、汽化其至等離子化而失去粘性。同時(shí)快速釋放的分解氣體還會(huì)增大響應(yīng)層界面的分離壓力，從而進(jìn)一步促進(jìn)器件晶圓的自動(dòng)分離。?

激光解鍵合工藝的工作流程主要包括：①在透明剛性載板(如玻璃、藍(lán)寶石等)

和器件晶圓表面分別涂上粘結(jié)材料和響應(yīng)材料；②將透明剛性載板和器件晶圓通過(guò)光或熱等方式鍵合在一起；③利用激光透過(guò)剛性載板輻照在響應(yīng)材料層引發(fā)燒蝕，從而使器件晶圓分離；④清洗器件晶圓和透明剛性載板，載板可以多次重復(fù)使用。◆

圖：紫外激光解鍵合的工藝流程◆

圖：紅外激光解鍵合的工藝流程48數(shù)據(jù)：《臨時(shí)鍵合技術(shù)在晶圓級(jí)封裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展》，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：永久鍵合無(wú)需解鍵合?

永久鍵合為至少將兩個(gè)功能晶圓永久的鍵合在一起以實(shí)現(xiàn)在正直方向上堆疊，晶圓鍵合后不需

要將另一晶圓釋放掉即解鍵合。根據(jù)待鍵合材料種類(lèi)，永久鍵合主要分為介質(zhì)鍵合、粘結(jié)劑鍵合、金屬鍵合和金屬/介質(zhì)混合鍵合等。無(wú)論采用哪一種堆疊方式，永久鍵合都要滿足以下條件——在鍵合過(guò)程中防止釋放氣體(低脫氣量)以免在鍵合界面產(chǎn)生孔洞，形成無(wú)縫隙的鍵合界面微觀結(jié)構(gòu)，且具有足夠的鍵合強(qiáng)度、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性以支撐后續(xù)制程?！?/p>

圖：晶圓永久鍵合的主要方法熔融鍵合粘結(jié)鍵合金屬熱壓鍵合混合鍵合49數(shù)據(jù)：《臨時(shí)鍵合技術(shù)在晶圓級(jí)封裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展》，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：為實(shí)現(xiàn)高密度互連，混合鍵合為重要發(fā)展方向?

混合鍵合是因其鍵合界面同時(shí)包含金屬和介質(zhì)或聚合物(

如Cu/SiO2,

Cu/SiCN等）兩種材料，通過(guò)堆疊接觸方式將來(lái)自不同工藝的晶圓結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)?；旌湘I合不需要金屬引線或微凸點(diǎn)，僅通過(guò)銅觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)短距離電氣互連，可在芯片間有望實(shí)現(xiàn)更短的互連距離、更高密度、更低成本及更高性能。?

典型的Cu/SiO2

混合鍵合主要包括三個(gè)關(guān)鍵工藝步驟。（1）鍵合前預(yù)處理：晶圓需經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光/

平坦化（CMP）和表面活化及清洗處理，實(shí)現(xiàn)平整潔凈且親水性表面；（2）兩片晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)鍵合：兩片晶圓鍵合前的進(jìn)行預(yù)對(duì)準(zhǔn)，并在室溫下緊密貼合后介質(zhì)SiO2

上的懸掛鍵在晶圓間實(shí)現(xiàn)橋連，形成SiO2

-SiO2

間的熔融鍵合，此時(shí)，金屬Cu觸點(diǎn)間存在物理接觸或凹陷縫隙（dishing），未實(shí)現(xiàn)完全的金屬間鍵合；（3）鍵合后熱退火處理：通過(guò)后續(xù)熱退火處理促進(jìn)了晶圓間介質(zhì)SiO2

反應(yīng)和金屬Cu

的互擴(kuò)散從而形成永久鍵合?！?/p>

圖：混合鍵合工藝流程50數(shù)據(jù)：《異質(zhì)集成核心工藝晶圓鍵合綜述》，東吳證券研究所2.4.

鍵合機(jī)：晶圓鍵合海外龍頭為EVG、SUSS等，CR2約70%?

根據(jù)YOLE，2023年全球晶圓鍵合設(shè)備市場(chǎng)空間約2.7億美元，2018-2023年CAGR為2%。全球晶圓鍵合設(shè)備消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在中國(guó)、日本、歐洲和美國(guó)等地區(qū)，其中中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展較快，晶圓鍵合設(shè)備銷(xiāo)量份額最大，2022年占據(jù)全球的40%，日本占據(jù)5%，而歐洲和美國(guó)分別占有19%和11%。?

全球晶圓鍵設(shè)備市場(chǎng)相對(duì)集中，海外龍頭為EVG、SUSS等，2022年CR2約70%。國(guó)際市場(chǎng)上的主要生產(chǎn)商包括EV

Group、SUSS

MicroTec、

Tokyo

Electron、AML、Mitsubishi、Ayumi

Industry、SMEE等，奧地利EVGroup為全球龍頭企業(yè)，2022年收入占據(jù)全球份額的59%，德國(guó)SUSS

MicroTec為全球第二大企業(yè)，占據(jù)全球市場(chǎng)的12%，TokyoElectron、AML、Mitsubishi、Ayumi

Industry、SMEE等一共占有將近29%的市場(chǎng)份額。?

從售價(jià)來(lái)看，國(guó)外臨時(shí)鍵合機(jī)單臺(tái)售價(jià)約為2000萬(wàn)人民幣左右，解鍵合機(jī)單臺(tái)售價(jià)1000萬(wàn)人民幣左右，混合鍵合機(jī)單臺(tái)售價(jià)3000萬(wàn)人民幣左右?！?/p>

圖：2023年全球晶圓鍵合設(shè)備市場(chǎng)空間約2.7億美◆

圖：2022年海外龍頭為EVG、SUSS等，CR2約元，2018-2023年CAGR為2%70%40%30%20%10%0%3.533.23.12.72.52.42.52其它,

29%21.51