IC載闆為半導體封裝中關鍵的封裝材料，其中ABF載闆主要用于GPU、CPU、ASIC、FPGA等高算力晶片中，随着英偉達H100、GH200等GPU産品推出，其對于載闆的面積、資料傳輸及功耗等性能要求逐漸提升。我們認為受益于AI快速發展趨勢，IC載闆尤其是ABF載闆的重要性及市場規模有望迎來快速增長。
摘要
IC載闆為關鍵封裝材料，ABF載闆承擔“算力基座”功能。IC載闆介于晶片與PCB之間，實作信号傳輸連接配接，其中ABF載闆由于其獨特的增層結構，具有多層數、細線路等優勢，更适配于更先進制程I/O端口數較多的場景，随着日益增長的算力需求及台積電CoWoS工藝的發展，下遊企業對ABF載闆的要求也逐漸提升，主要展現于：1）更大的面積（目前已向110mm*110mm以上發展）；2）更精細的線寬線距（L/S向5/5μm以下發展）；3）更高的層數（向20層9/2/9結構以上發展）。
IC載闆市場規模有望增長迅速：IC載闆下遊終端市場主要用于PC、通信、消費電子等領域，我們認為随着傳統PC市場的回暖，以及AI催生出的AI PC、AI伺服器GPU等需求，IC載闆尤其是ABF載闆市場規模有望快速增長，同時預計至2028年市場規模有望提升至289.6億美元，2022-2028年CAGR達11%，其中2022年ABF載闆市場規模為48.1億美元，Yole預計至2028年市場規模有望增長至106.5億美元。
目前全球ABF載闆市場由日本及中國台灣企業壟斷，國産化率仍較低：根據Yole統計，2022年全球ABF載闆供應商中IBIDEN以21%的份額占據第一，欣興電子以18.9%的份額位居第二，此外其他供應商包括南亞電路（13.3%）、Shinko（12.2%）、AT&S（10.8%）、景碩（8.8%）。目前中國大陸IC載闆行業起步較晚，目前處于加速追趕階段。我們看好未來ABF載闆領域國産化率有望逐漸提升。
風險
IC載闆國産化程序放緩，下遊需求恢複放緩，AI大模型發展不及預期。
正文
IC載闆：封裝核心材料，算力晶片基座
IC載闆是封裝的核心材料，ABF載闆主要用于高算力晶片中
IC載闆為半導體封裝中的關鍵材料，在封裝過程中，IC載闆介于晶片與PCB之間，實作信号傳輸連接配接，同時為晶片提供保護和支撐并形成散熱通道，使封裝後的晶片達到符合要求的尺寸，為封裝中的關鍵材料。
圖表1：封裝載闆示意圖及發展趨勢
資料來源：Yole，中金公司研究部
IC載闆主要分為BT/ABF載闆兩類，主要差別在于其所用的媒體及性能的不同。
► BT載闆以BT樹脂為基材，其以雙馬來酰亞胺和三嗪為主樹脂成份，并加入環氧樹脂、聚苯醚樹脂或烯丙基化合物等作為改性組分，形成的一種熱固性樹脂，具有較高的玻璃化溫度、優秀的介電性能、低熱膨脹率、良好的力學特征等性能，是以廣泛應用于存儲器、射頻、手機AP等領域，但由于其具有較硬的玻纖砂層，雖然能夠穩定尺寸，防止熱脹冷縮影響良率，
► ABF載闆ABF基闆的芯層（Core）結構仍保留玻纖布預浸樹脂（FR-5或BT樹脂）作為核心層，同時采用了上下的增層結構，加入了ABF積層媒體薄膜，舍去了BT載闆使用的預浸玻纖布壓合銅箔的銅箔基闆，改用電鍍銅取代之。由此制成的ABF載闆憑借多層數、細線路等優勢
從封裝類型來看，目前較常見的兩種為BGA（Ball Grid Array）與CSP（Chip Scale Package），其中BGA為球栅陣列封裝，優點為I/O間距大、可靠性高、散熱性能較好，廣泛用于高功耗、高內建度晶片，而CSP為晶片尺寸封裝，優點為小型化、組裝密度高，為存儲領域主流的封裝形式。
FCBGA基闆具有大尺寸、高疊層和精細線路3個方面的特點。随着資料處理晶片的尺寸增加到70 mm×70 mm，配套的FCBGA基闆從80 mm×80 mm向110 mm×110 mm的更大尺寸過渡。其次，面向高密度互連的需求，基闆增層的數量将從10層（4/2/4）增加到20層（9/2/9）甚至更多，同時，為實作高密度布線，線寬/線間距将減小到5μm及以下。
圖表2：FC-BGA/FC-CSP封裝對比
資料來源：Yole，中金公司研究部
先進封裝快速發展，台積電CoWoS工藝對ABF載闆需求逐漸提升
AI/HPC加速計算性能的要求，驅動先進封裝發展。對晶片的低延遲、低功耗、多功能、大記憶體與高內建等要求刺激了先進封裝的發展。TSMC認為，封裝不再局限于摩爾定律，先進封裝有助AI/HPC在未來十年維持性能增長的步伐。Yole預計2022至2028年先進封裝的市場規模有望從443億美元增加786億美元，CAGR達到10%。
圖表3：2022-2028先進封裝市場規模發展預測
資料來源：Yole，中金公司研究部
2.5/3D封裝以台積電CoWoS為代表。UCIe聯盟為Chiplet指定了多種先進封裝技術，包括英特爾EMIB、台積電CoWoS、日月光FoCoS-B等，CoWoS（Chips on Wafer on Substrate）技術先将晶片通過Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連接配接至矽晶圓，再把CoW晶片與基闆（Substrate）連接配接，整合成CoWoS，核心是将不同的晶片堆疊在同一片矽中介層實作多顆晶片的互聯。根據不同中介層，CoWoS封裝又分為CoWoS-S/R/L三種類型。
CoWoS工藝對ABF載闆需求量較大，根據英偉達官網，其A100晶片采用了台積電7nm工藝，封裝模式上采用台積電CoWoS封裝技術，将1顆A100 GPU晶片和6顆HBM2內建在一個55mm*55mm的12層FCBGA載闆上，英偉達H100則采用4nm工藝，封裝形式為1顆H100 GPU晶片和6顆HBM 2E內建在一顆55mm*58mm的12層FCBGA載闆上。
圖表4：英偉達GPU封裝結構
資料來源：Nvidia官網，中金公司研究部
圖表5：英偉達GPU采用12層FCBGA載闆
資料來源：Nvidia官網，中金公司研究部
此外，Intel在2014年釋出的EMIB（Embedded Multi-die Interconnect Bridge）技術，其I/O數高達250~1000，提高晶片互連密度，并且将矽中介層内嵌于ABF載闆，節省掉大面積的矽中介層。雖然降低了成本，但增加了ABF的面積、層數與制作難度，對ABF要求及産能消耗進一步提升。
圖表6：Sapphire采用英特爾EMIB封裝
資料來源：Intel，YOLE，中金公司研究部
IC載闆國産化率較低，需求端受益于AI快速提升
需求側：下遊需求目前仍以傳統PC為主，未來有望受益于HPC需求快速增長
ABF載闆主要與GPU、CPU、ASIC等高端算力晶片配合使用，下遊應用場景以PC、伺服器、AI晶片、基站等為主，以中國台灣載闆龍頭企業欣興電子為例，根據欣興電子4Q23業績會披露，2023年其IC載闆的終端應用約55%用于電腦、約26%用于通信領域、13%用于消費電子以及6%用于汽車。我們認為，未來随着GPU出貨的快速增長，對ABF載闆面積、層數的需求有望持續增加，有望驅動ABF載闆需求快速增長。
由于ABF載闆下遊應用領域中PC占據較大份額，是以PC市場的恢複對ABF載闆的需求有較大影響。根據Canalys，4Q23全球PC（不含tablet）出貨量同比增長3%至6,530萬台，結束了連續七個季度的同比下滑。同時，Canalys預測2024年全球PC出貨量有望同比增長8%至2.67億台，随着聯想、戴爾等PC廠商計劃在2024年陸續推出AIPC産品，IDC預測，AIPC有望在2027年滲透率達到85%。我們認為随着AI PC滲透率的快速提升，有望驅動PC市場加速恢複，由于PC CPU處理器需使用ABF載闆，是以載闆需求有望同步提升。
圖表7：全球PC出貨量及增速
資料來源：Canalys，中金公司研究部
圖表8：中國傳統PC及AIPC出貨量預測
資料來源：IDC，中金公司研究部
除傳統PC處理器外，ABF載闆還應用于GPU、FPGA、ASIC等高算力晶片。我們認為受益于AI應用不斷更新，大模型計算需求驅動雲端AI加速用GPU市場規模迅速增長。根據ARKInvest預測，ChatGPT應用背後的大模型不斷疊代，最新投入使用的GPT-4的模型參數量最高可達1.5萬億，遠超參數量僅為1,750億的GPT-3。由于生成式AI必須投入海量資料進行訓練，結合模型本身超千億/萬億的大量參數，導緻大模型對算力需求大幅提升，進而拉動GPU市場需求。根據Nvidia預測，未來AI晶片和硬體系統細分市場規模總額有望達3000億美元；而根據AMD預測，2027年資料中心的AI加速器晶片市場規模可達4000億美元。目前英偉達針對AI快速增長的需求已推出A100、H100、B100、GH200等GPU産品，AMD已推出MI300産品，且相比傳統PC用ABF載闆3/2/3的結構，GPU一般是5/2/5架構及以上，是以我們認為高性能計算晶片CPU（Intel Eagle Stream、AMD Genoa）以及 GPGPU（NVIDIA GH200等）對于ABF載闆的用量在面積和層數均有明顯提升。
是以基于傳統PC端的需求修複疊加快速增長的HPC需求，我們認為ABF載闆市場規模有望快速增長。同時預計至2028年市場規模有望提升至289.6億美元，2022-2028年CAGR達11%，其中ABF載闆主要用于UHD FO/2.5&3D/FCBGA領域中，2022年ABF載闆市場規模為48.1億美元，Yole預計至2028年市場規模有望增長至106.5億美元。
圖表9：IC載闆2022-2028市場規模預測
資料來源：Yole，中金公司研究部
供給側：全球市場由日本及中國台灣企業壟斷，國産化率仍處于較低水準
全球IC載闆競争格局相對分散，中國台灣及日韓均有一定份額。由于與PCB有着相似的制造技術，是以IC載闆供應鍊與PCB類似，主要集中于中國台灣及日本。根據Yole統計，2022年全球IC載闆市場中，欣興電子市占率達17%，為全球IC載闆龍頭供應商；IBIDEN、南亞電路分别以10%的市占率并列第二，其餘供應商主要為日本、南韓、中國台灣企業如三星、日本京瓷、景碩等；根據Yole統計，2022年ABF載闆供應商中IBIDEN以21%的份額占據第一，欣興電子以18.9%的份額位居第二，此外其他供應商包括南亞電路（13.3%）、Shinko（12.2%）、AT&S（10.8%）、景碩（8.8%）。其中欣興電子、南亞電路、景碩科技等中國台灣企業在ABFIC載闆領域占據重要份額，且紛紛加碼ABF載闆産能。而中國大陸IC 載闆行業起步較晚，目前處于加速追趕階段。據Prismark測算，2022年深南電路、安捷利美維、珠海越亞、興森科技四大内地基闆廠商市場占比僅約為6%，且仍以BT載闆為主，在ABF載闆等高端産品領域，國産化率仍較低。
圖表10：2022年IC載闆市場格局
資料來源：Yole，中金公司研究部
圖表11：2022年ABF載闆市場格局
資料來源：Yole，中金公司研究部
中國大陸廠商IC載闆目前國産化率仍較低，且以BT載闆為主。目前中國大陸正在實作IC載闆的快速追趕，在BT領域已具有一定規模，如已實作深圳IC載闆工廠30萬平米/年産能，主要針對MEMS、指紋模組、射頻模組等IC載闆産品，無錫IC載闆工廠60萬平米/年産能，主要面對存儲類産品IC載闆産品，同時無錫工廠二期正持續推進能力提升與量産爬坡；廣州FC-BGAIC載闆項目已于2023年第四季度完成連線投産；根據興森科技投資者關系記錄，已實作3.5萬平/月BT載闆産能建設，主要針對存儲晶片、指紋識别晶片、射頻晶片、應用處理器晶片、傳感器晶片等，ABF載闆産能目前珠海FCBGAIC載闆項目部分大客戶的技術評級、體系認證、可靠性驗證均已認證，公司預計2024年第一季度進入小批量生産階段，産能約200萬顆/月；2023年總投資21.5億元FCBGA封裝載闆生産制造項目二期項目開工，産能為48萬片/年，2021年底投資35億元的珠海工廠，達産後公司預計産能為Via Post銅柱法載闆12萬片/月，嵌埋封裝載闆2萬片/月，FCBGA封裝載闆6萬片/月。
IC載闆生産工藝及産業鍊環節拆解
SAP和mSAP是IC載闆的主要生産工藝
減成法（subtractive）是傳統PCB的主要生産工藝，是在覆銅闆上先整闆電鍍一層銅，保護線路和導通孔的同時刻蝕不需要的銅皮，留下線路及導通孔中的銅。該工藝側蝕性高，銅層在向下蝕刻的過程中也會對側面進行蝕刻，使得減成法的精細程度受到了限制，
SAP（Semi-Additive Process，半加成法）與mSAP的關鍵差別在于SAP沒有基銅。SAP中種子層為化學沉積銅（厚度為0.5~1 μm），而mSAP中種子層是壓合超薄的銅箔（厚度為2~3μm）。由于閃蝕藥水的蝕刻選擇性，超薄又疏松的化銅層更易去除，但如果種子層與媒體間的結合力弱，對于大尺寸基闆上的長距精細線路來說，其掉線現象會非常嚴重。
mSAP（Modified Semi-Additive Process，改良型半加成法）無需ABF材料，多用于BT載闆，最小線寬間距在15/15μm。mSAP工藝采用極薄基銅（2～3μm）作為底銅，在基闆（BT類載闆）上制作抗蝕圖形，通過圖形電鍍加厚線路，去除抗蝕圖形後再閃蝕底銅，保留下來的部分即形成精細電子電路。普通的材料配上超薄銅箔即可實作，與之配套的裝置相容性較強，無需專門更新裝置，故行業内大多優先選用mSAP工藝。
圖表12：MSAP與SAP工藝對比
資料來源：黃勇,吳會蘭,陳正清等.半加成法工藝研究[J].印制電路資訊,2013(08):9-13，中金公司研究部
生産過程中的核心材料與關鍵裝置
ABF生産核心流程可分為芯闆制作與内外層制作。以10 層FCBGA載闆為例，内層芯闆經開料、鑽孔、路線刻蝕與AOI檢測完成制作。之後在超粗化過的内層芯闆上進行ABF壓合與雷射鑽孔，孔内金屬化後進行一系列的貼幹膜、曝光、顯影與圖形電鍍，最後經過薄膜與閃蝕完成精細線路的制作，過程中還會有固化、清洗、烘烤與AOI檢測等流程以確定載闆的良率。
圖表13：10層FCBGA載闆生産工藝流程
資料來源：王立剛, 鄒冬輝, 陶錦濱. 10層FCBGA載闆的制作關鍵技術研究[J]. 印制電路資訊, 2023, 31 (S2): 1-8，中金公司研究部
ABF載闆生産過程中的主要原材料可分為結構材料與化學材料。結構材料有樹脂、ABF膜、銅箔與絕緣材料等；化學材料包括幹膜、濕膜、光阻、刻蝕劑、顯影劑等。ABF膜是一種在環氧樹脂中加入玻璃微粉壓合制成的片狀半固化材料，其中不含玻纖，用這種材料制造外層線路的絕緣層可以很好地實作SAP，在高端基闆制造中廣泛應用。然而ABF是日本味之素精細化學公司的專利産品，根據晶化科技統計，2021年全球ABF膜市場規模達4.6億美元，其中味之素占比96.8%。
銅箔厚度影響線路精細程度。mSAP工藝中影響蝕刻咬蝕量的決定因素為基銅的厚度，越薄的基銅其對應蝕刻量越少，對于線路的側蝕越小，越利于精細線路作業，特别是10μm/10μm的精細線路更需要超薄銅箔來減少蝕刻時的過蝕與側蝕。但在超薄銅箔的制備過程中還存在較大的困難，因為超薄銅箔厚度太小，鍍層容易産生針孔和疏孔，影響銅箔的品質。三井金屬已經于2020年開始正式量産1.5~5 μm的極薄電解銅箔MicroThin™，同時具有超薄性和低信号傳輸損失特性。
ABF載闆核心生産裝置包括LDI、AOI、PTH等。相比傳統曝光（先做膠片，再通過平行光光照投影，最後做轉錄），LDI（Laser Direct Imaging，雷射直接成像）裝置是直接将雷射将圖形刻在光敏材料上，精度高于傳統曝光。AOI（Automatic Optic Inspection）線路檢查裝置，可以檢測制程過程中線路的線寬線距以及開短路情況。PTH（Plating Through Hole，電鍍通孔）的裝置和VCP（Vertical conveyor plating，垂直連續電鍍）裝置用于精細路線的電鍍。此外還有測試機、貼膜機、雷射鑽孔機等。
圖表14：FCBGA載闆制作關鍵步驟
資料來源：王立剛, 鄒冬輝, 陶錦濱. 10層FCBGA載闆的制作關鍵技術研究[J]. 印制電路資訊, 2023, 31 (S2): 1-8，中金公司研究部
多層數、精細線路與大尺寸是先進IC載闆發展趨勢。目前，ABF載闆主流層數将由10層提升至12-14層。技術層次上，欣興可做到32層，景碩14層、南電8-16層，越亞半導體可實作14-20層以上的産品突破。線路細密度上，BT載闆線路在12 微米以上，ABF線路細密度進入8微米，Yole預計2025年正式進入5微米的競争。載闆面積上，ABF 載闆常見的有35mmX35mm、100mmx100mm甚至200X200mm 的整合性晶片，多用于AI與高性能運算。中國大陸有深南、越亞、興森、華進等具備小批量生産線寬/線距12/12-15/15μm FCBGAIC載闆的能力。
圖表15：FCBGA 技術路線圖
資料來源：Yole，中金公司研究部
未來技術演進展望：關注玻璃基闆新應用
玻璃IC載闆由Intel主導，适用于下一代先進封裝的材料。為解決有機材質基闆用于晶片封裝産生翹曲問題，Intel正積極推出業界首款下一代先進封裝的玻璃基闆，将用于需要較大尺寸封裝的應用，如涉及資料中心和人工智能的商業方面，根據Intel預計，2025年後其有望開始提供完整的玻璃基闆解決方案，并在2030年前實作1萬億個半導體封裝。玻璃基闆具有更優越的性能。與當今的有機基闆相比，玻璃具有獨特的性能，例如可以承受更高的溫度，通過增強平面度使圖案失真減少 50%，改善光刻的聚焦深度，并且具有極其緊密的層間互連覆寫所需的尺寸穩定性。得益于這些特性，玻璃基闆上的互連密度可以提高10倍，同時增加了設計人員在電源傳輸和信号線路布置方面的靈活性。此外，玻璃基闆的機械性能得到改善，可以實作超大型封裝，并具有非常高的組裝良率。
圖表16：Intel先進封裝技術路線
資料來源：Intel，中金公司研究部
TGV（Through Glass Via）是穿過玻璃基闆的垂直電氣互連，與TSV（Through Silicon Via）相對應，具有替代矽中介層的可能性，被認為是下一代三維內建的關鍵技術。TGV 以高品質硼矽玻璃、石英玻璃為基材，通過種子層濺射、電鍍填充、化學機械平坦化、RDL再布線，bump工藝引出實作3D互聯。TGV是直徑通常為10μm-100μm的微通孔。對于先進封裝領域的各種應用，每片晶圓上通常需要應用數萬個TGV通孔并對其進行金屬化，以獲得所需要的導電性。與矽基闆相比，TGV技術具有優良的高頻電學特性、大尺寸超薄玻璃基闆成本低、工藝流程簡單、機械穩定性強等優勢。
從工藝上，玻璃基闆在處理過程中與ABF載闆相同采用SAP工藝。通過真空層壓技術将幹膜層壓到玻璃基闆上，并預先對玻璃進行TGV通孔，随後通過UV或準分子雷射進行圖案化；此外還需對玻璃基闆進行種子層及導線的電鍍、PVD、CMP等工藝，随後在玻璃芯闆兩側層壓薄膜聚合物媒體，但由于TGV技術無需制作絕緣層，是以降低了工藝複雜度和加工成本。
風險提示
IC載闆國産化程序放緩：由于中國大陸在IC載闆尤其是ABF載闆領域起步較晚，目前與海外領先的産品在制造技術、生産成本與技術上仍有較大差距，盡管我們認為供應鍊國産化為國産GPU、CPU的發展趨勢，但若國産ABF載闆與海外無法縮短技術差距，則會對載闆産業鍊國産化程序造成一定的負面影響，延緩IC載闆國産化進展。
下遊需求恢複放緩：ABF載闆下遊應用主要包括PC、消費電子、通信等，盡快我們認為受益于AI的快速發展，ABF載闆的需求有望迎來快速增長，但目前其主要需求仍為PC處理器、通用伺服器處理器及其他消費終端，若消費電子整體需求放緩，仍将對ABF載闆的需求産生一定的負面影響。
AI大模型發展不及預期：随着社會數字化及智能化轉型的持續，AI大模型場景落地加速賦能百行百業。我們認為，人工智能的蓬勃發展驅驅動了社會算力需求的提升，包括伺服器、網絡通信裝置等上遊硬體基礎設施或将受益于人工智能的驅動的算力需求提升，如果AI大模型的技術疊代發展不及預期或規模應用落地不及預期，會對上遊硬體基礎設施的需求造成不利影響，同時對GPU、AI PC等需求産生一定負面影響，導緻ABF載闆的需求放緩。
文章來源
本文摘自：2024年3月29日已經釋出的《智算未來系列三：載闆行業提速，算力晶片底座更新》
江磊 分析員 SAC 執證編号：S0080523070007 SFC CE Ref：BTT278
石曉彬 分析員 SAC 執證編号：S0080521030001
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