回顧封測產(chǎn)業(yè)的2018，展望未來的發(fā)展道路

即便是在這片風(fēng)云變幻的天下，IC封裝市場今年仍然被預(yù)測到一個穩(wěn)定的增長趨勢。

封測代工業(yè)(OSAT)，提供第三方的封裝和測試服務(wù)，該行業(yè)已經(jīng)整合了一段時間。在銷售額提升的同時，封測代工企業(yè)的數(shù)量卻在減少。2017年末，例如，日月光（ASE），世界最大的封測代工廠，在收購矽品(SPIL，全球第四大封測廠)的道路上更進(jìn)了一步。除此之外，安靠(Amkor)，江陰長電(JCET)和其它的一些封測廠都有進(jìn)行收購的動作。

隨著2017年的完美收官，這對其余的封測廠也同樣是一個好兆頭。IC封裝整體的展望和半導(dǎo)體行業(yè)的需求總是捆綁在一起，總體而言，根據(jù)VLSI Research的報告，2018年芯片行業(yè)預(yù)計達(dá)到2769億美元的規(guī)模，相比2017年增長7.8%。

這個增長將會比較溫和，至少未來幾個月是這樣。對芯片上升的需求導(dǎo)致了生產(chǎn)產(chǎn)能，各種各樣的封裝形式、引線框架和設(shè)備的不足。盡管如此，封測廠還是根據(jù)芯片量的預(yù)測高歌猛進(jìn)地進(jìn)行投入。

“我們對2018年的態(tài)度是既謹(jǐn)慎又樂觀，但總體看起來將會是穩(wěn)定的一年，”星科金朋(STATS ChipPAC)全球產(chǎn)品技術(shù)市場副總裁Scott Sikorski說，“封測廠的營收趨向于和芯片的營收相關(guān)聯(lián)，特別是邏輯芯片，你將看到2018年保持高個位數(shù)增長的預(yù)測，當(dāng)然，存儲器卻會是截然不同，和2017年非常相像，除此之外，封測廠將會有一個類似的2018年，也就是在這個高個位數(shù)的范圍內(nèi)?！?/p>

根據(jù)法國里昂證券（CLSA）的分析師Sebastian Hou初步估計，在營收方面，相對2016年，2017年封測代工業(yè)預(yù)計增長10%到12%。然而，2018年封測代工市場預(yù)計會降溫至5%到7%的增長，Hou說。

圖1: 封測代工業(yè)增長率。來源: 法國里昂證券

與過去幾年一樣，2018年，封測廠將會繼續(xù)面臨一些挑戰(zhàn)。首先，他們必須跟上不斷前進(jìn)的行業(yè)需求的步伐，第二，他們也必須持續(xù)地開發(fā)新的先進(jìn)的產(chǎn)品，由于成本原因，許多芯片制造商正在從傳統(tǒng)的，前沿的系統(tǒng)級芯片（system-on-a-chip, SoC）設(shè)計，尋找一種可替代方案。獲得益處的一種方法是將多個元器件放在同一個先進(jìn)的封裝中，它可以以更低的成本提供一個SoC的功能。

但是，開發(fā)這些先進(jìn)的封裝類型，以及前沿的SoC，在每個節(jié)點上都變得更具挑戰(zhàn)性，這需要巨額投資，且投資回報率有時并不明朗?！爱?dāng)系統(tǒng)變得更普遍時，封裝的要求，SoC的要求和系統(tǒng)級封裝(system-in-packaging)的要求需要革新?！比赵鹿獾腃OO Tien Wu在最近的一次演講中說。

變化的世界

根據(jù)Yole Développement 的預(yù)測，IC封裝的市場，其代表了所有的封裝類型，2016年達(dá)到546億美元，從2016年到2022年，保持每年3.5%的增長率。

先進(jìn)封裝則要比整體的市場發(fā)展的快。“如果僅僅關(guān)注先進(jìn)封裝的話，2016年達(dá)到225億美元的生意，從2016年到2022年，保持每年7%的增長率。”Yole的分析師Jér?me Azémar說。

從最近的預(yù)測來看，KeyBanc Capital Markets預(yù)測相比2016年，2017年封測廠的投資降低了2%，達(dá)到26.98億美元，2018年，封測廠的投資預(yù)計會達(dá)到27.42億美元，比前一年高4%。

“資本支出從2017到2018年會比較穩(wěn)定，” TEL的子公司，TEL NEXX的戰(zhàn)略商業(yè)開發(fā)總監(jiān)Cristina Chu說，“先進(jìn)的封裝，比如2.5D，扇出(fan-out)和SiP將會驅(qū)動封裝設(shè)備的市場?！?/p>

其他人也拍手贊成?！霸谶@個環(huán)節(jié)，我們看到對先進(jìn)封裝的技術(shù)和產(chǎn)能的持續(xù)的投資，例如扇出晶圓級封裝(fan-out wafer-level-packaging)和2.5D，” KLA-Tencor的高級市場總監(jiān)Stephen Hiebert說，“此外，我們看到中國正在為配合中國前端晶圓廠項目進(jìn)行強有力的先進(jìn)封裝產(chǎn)能的投資?！?/p>

更有甚者，IC封裝不再是被單一市場所驅(qū)動。“不再是像過去幾年圍著移動市場一顆獨苗苗，我們期待封裝設(shè)備的生意也會被更多的細(xì)分所驅(qū)動——5G，人工智能，物聯(lián)網(wǎng)(loT)，車載以及虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實(VR/AR)?！?Hiebert說。

還有其它的驅(qū)動?！败囕d行業(yè)正熱衷于電動汽車，且正在努力開發(fā)無人駕駛技術(shù)。在機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）中，這里有許多封裝的挑戰(zhàn)，趨于更多的輸入/輸出和密集運算，”星科金鵬的Sikorski說，“最大的意外是，其具有最大的盈利結(jié)果，竟然是加密貨幣的采礦，這已經(jīng)在晶圓廠和封裝世界一石激起千層浪，一發(fā)不可收拾。”

比特幣和其它加密貨幣是可交易的，而且交易是記錄在一個叫做區(qū)塊鏈的安全賬本上，然后，一個叫做挖礦機(jī)的第三方硬件，用成堆貨架排列的專業(yè)計算機(jī)來運行一種散列的算法，以此來核實處理交易。每一臺系統(tǒng)由100到250個專用的芯片(ASIC)組成。

除了市場的驅(qū)動之外，封裝的客戶也需要密切關(guān)注封測界的一舉一動。以前，有三種實體會提供封裝和測試服務(wù)——封測代工廠，晶圓廠，以及一站式元器件制造商(integrated device manufacturers， IDM)。

封測代工廠是商業(yè)的供應(yīng)商，根據(jù)最新統(tǒng)計，市場上有超過100家不同的封測代工廠，但只有少數(shù)能夠做大，絕大部分是中小型的企業(yè)。

圖2: 2017年封測代工廠營收排名（單位：百萬美元）。來源：TrendForce

一般來說，IDM只為他們自己的IC開發(fā)封裝,一些晶圓廠，比如英特爾，三星和臺積電，為客戶提供一站式芯片封裝和測試服務(wù)，更多的晶圓廠并不為客戶開發(fā)芯片封裝，取而代之的是，他們甩手把封裝的要求丟給封測廠。

無論如何，封裝是一項艱難的業(yè)務(wù)。顧客希望封測廠每年把封裝價格降低2%到5%。與此同時，封測廠正在應(yīng)對研發(fā)成本和資本支出的大幅增加。曾經(jīng)，封裝廠可能投資幾百萬美元建立生產(chǎn)線，而如今，卻要為先進(jìn)的封裝花費1億到2億美元來建立一條新的生產(chǎn)線，因此，封測廠必須購買一系列新的且昂貴的設(shè)備。

封測廠正在投資興建新工廠，但一般來說，他們沒有雄厚的資金來投資于每一項技術(shù)，因為他們的利潤并不高。因此，封測廠必須謹(jǐn)慎地投入研發(fā)資金，以確?；貓??！跋蚋碌母叨朔庋b解決方案的轉(zhuǎn)變，推動了增加的資本支出，這可能會成為封裝廠的挑戰(zhàn)?！?Lam Research的先進(jìn)封裝副總裁Choon Lee說。

相比之下，英特爾、三星和臺積電等財力雄厚的晶圓廠，正將就算不是以十億計，那也要以數(shù)百萬計的美元投入到IC封裝中。事實上，晶圓廠正在開發(fā)和提供先進(jìn)的封裝，這一舉動使他們與封測廠也展開了競爭。

總而言之，只有少數(shù)幾家封測廠能夠在先進(jìn)封裝上進(jìn)行必要的投資。事實上，許多封測廠都在掙扎著能否跟上所有封裝類型所要求的投資。

這正成為供應(yīng)鏈中令人擔(dān)憂的一個原因?！跋掠蔚陌雽?dǎo)體供應(yīng)商，如晶圓基板供應(yīng)商，甚至是封裝廠，并沒有真正定期地在繼續(xù)進(jìn)行投資。由于持續(xù)的高需求，這些較弱的環(huán)節(jié)現(xiàn)在可能需要一些支持和投資來進(jìn)行升級和擴(kuò)張，”UMC美國銷售副總裁Walter Ng說，“然而，盡管在許多情況下，需求持續(xù)超出供應(yīng)，但價格壓力仍在繼續(xù)。在不久的將來，將會出現(xiàn)一種新的平衡，即需要進(jìn)行投資，從而導(dǎo)致更高的價格?！?/p>

除了封測廠，Walter Ng還提到了硅片的供應(yīng)商。在多年的供應(yīng)過剩之后，硅片供應(yīng)商看到了強勁的需求。然而，供應(yīng)商并沒有投資新的工廠，其中的許多家反而已經(jīng)提高了價格。

為了解決IC封裝供應(yīng)鏈中的問題，許多大型的封測廠正在合并，以整合他們的研發(fā)和資源。以下是最近幾次大的收購:

2015年，國內(nèi)最大的封測廠，江陰長電收購了新加坡的星科金朋

2016年，安靠提高了其在日本最大的封測廠J-devices的股權(quán)，從65.7%到100%。2017年，安靠收購了專精于扇出封裝的公司Nanium。

2017年后期，日月光和矽品這兩家公司的合并案獲得了所有的反壟斷批準(zhǔn)。這筆交易將于2018年完成。

盡管進(jìn)行了整合，但市場上仍有數(shù)十家中小型封裝廠，他們還有生存的空間嗎?

“是的，但當(dāng)然，業(yè)界是不斷變化和挑戰(zhàn)的。”隨著客戶基本面的鞏固，如何瓜分外包市場這塊蛋糕將變得更有挑戰(zhàn)性，馬來西亞封測廠Unisem北美地區(qū)副總裁Gil Chiu說，“有一些中大型的封測廠能夠在一些細(xì)分市場上為客戶提供更好的服務(wù)，并不是每一家都能做成巨型封測廠?！?/p>

快進(jìn)到先進(jìn)封裝

除了封測廠本身之外，IC產(chǎn)品本身也有些令人困惑。客戶可以在多種封裝形式之間進(jìn)行選擇，包括2.5D/3D、BGA、扇入、扇出、引線框架、SiP和其他許多形式。

封裝市場的一種分類方式是通過導(dǎo)通類型，其包括以下技術(shù):、鍵合（wire bond）、倒裝(flip-chip)、晶圓級封裝(WLP)和穿硅通道(TSV)。

根據(jù)TechSearch International的研究，目前所有的IC產(chǎn)品，其中有75%到80%仍然使用較老的，被稱為鍵合的導(dǎo)通方式。

該技術(shù)開發(fā)于上世紀(jì)50年代，類似于一種高科技的縫紉機(jī)，它可以用細(xì)微的金線把一個芯片縫到另一個芯片或基板上。鍵合主要應(yīng)用于低成本的傳統(tǒng)封裝、中端產(chǎn)品和存儲器芯片堆疊。

分析人士稱，鍵合封裝是一項龐大的業(yè)務(wù)，每年的營收從130億美元到150億美元不等。但由于鍵合封裝是一個成熟的市場，預(yù)計2014年至2019年的增長率僅為2.4%。

這就是為什么封測廠正蜂擁進(jìn)入快速增長的先進(jìn)封裝市場。在先進(jìn)的封裝中，最主要的想法是將多個芯片集成到同一個封裝中，以實現(xiàn)一個特定的功能。在同一個封裝中集成多個芯片，被歸類于稱作多芯片集成或多樣化集成。

為此，就有了諸多的封裝選項。一般來說，沒有任何一種單一的封裝類型可以包打天下的。與以前一樣，客戶基于幾個因素來選擇IC封裝類型，如應(yīng)用、輸入/輸出量、尺寸以及成本等。

“我們認(rèn)為不同的終端用戶應(yīng)用會采用不同的先進(jìn)封裝技術(shù)，” KLA-Tencor的Hiebert說，“單獨一個平臺不太可能在諸多的維度上超越所有半導(dǎo)體增長市場。”

與此同時，在高端領(lǐng)域，封測廠提供了2.5D/3D技術(shù)，這是一種可以增加元器件帶寬的芯片堆疊技術(shù)。在2.5D/3D中，穿硅通道會穿過一顆芯片或一顆單獨的插入器芯片。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，從2016年到2022年，2.5 D/3D TSV市場預(yù)計將增長28%。

圖3: 具有穿硅通道的2.5D 和高帶寬的存儲器 來源: 三星

“(2.5D/3D)似乎正在起飛，”Global Foundries的首席技術(shù)官Gary Patton說, “如果看一下我們在過去的一年里14nm專用芯片設(shè)計上取得的成功，其中大約40%的設(shè)計都不僅僅是一個晶圓，它們包括了一些先進(jìn)的封裝，比如2.5 D和3D?！?/p>

然而，2.5D/3D技術(shù)相對昂貴，限制了高端應(yīng)用的市場?！?.5D將繼續(xù)在高性能計算和車載領(lǐng)域的緩慢增長，”Amkor的研發(fā)和開發(fā)副總裁Ron Huemoeller說，“圖形是主要的驅(qū)動因素，但多邏輯配置也需要2.5D的封裝結(jié)構(gòu)來解決人工智能市場的問題?！?/p>

一些其他公司正在開發(fā)2.5D/3D的替代產(chǎn)品。例如，英特爾正在推廣一種名為“嵌入式多芯片互聯(lián)橋接”(EMIB)的硅橋接技術(shù)。在EMIB中，芯片是并排排列的，并用一小塊硅進(jìn)行連接。

SiP則是另一種選擇。一般來說，SiP結(jié)合了一系列的多個芯片和被動元器件，用以生成一個特定的功能。

每種技術(shù)都有自己的位置?！霸S多封測廠現(xiàn)在都在投資SiP，”TEL NEXX的Chu說, “EMIB肯定會在2018年上市。越來越多的2.5 D將在今年開發(fā)出來，不過它將會在像FPGA這樣的小眾應(yīng)用中出現(xiàn)?！?/p>

狂熱的扇出

晶圓級封裝，也許是封裝市場上最火的流行詞，它需要在晶圓上封裝IC。WLP包括兩種封裝類型——芯片級封裝(CSP)和扇出。

圖4: 扇入，倒裝和扇出的對比 來源：Yole Développement

CSP是一種扇入技術(shù)，其中I/O位于焊接球(solder ball)之上。“扇入因為其較小的尺寸而成為越發(fā)受歡迎的封裝，”星科金朋的Sikorski說，“它扎根于智能手機(jī)市場，且仍然是主要的驅(qū)動因素。但在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，你仍然將會看到扇入數(shù)量的增加?！?/p>

盡管如此，扇出還是在市場上獲得了最多的反響。在扇出中，連接器在產(chǎn)品中被扇出，以便獲得更多的I/O。扇出沒有插入器，這使它比2.5D更便宜?！膀?qū)動扇出的是移動應(yīng)用，”ASE的高級工程總監(jiān)John Hunt在最近的一次演講中說。

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，到2021年，扇出市場預(yù)計將從2014年的2.44億美元增長至25億美元。“我們對2018年的扇出市場的估計是14億美元，”Yole的Azémar說, “這是一個很高的數(shù)字，但我們的判斷是有依據(jù)的，因為我們認(rèn)為蘋果不會是唯一一個將其手機(jī)處理器封裝于扇出的玩家。”

圖5: eWLB 封裝.來源: 星科金朋

2016年對于扇出來說是一個豐收年。首先，蘋果在iPhone 7中采用了臺積電的高密度扇出封裝。在老款的智能手機(jī)中，蘋果則采用了舊的 (PoP)封裝技術(shù)。

臺積電的扇出技術(shù)被稱為InFo, 另一種類型的扇出技術(shù)被稱為嵌入式芯片級的球狀陣列(eWLB)。2016年，兩家主要的eWLB封裝供應(yīng)商——星科金朋和Nanium——由于巨大的需求其產(chǎn)品被銷售一空。

不過，在2017年，扇出走向了兩個不同的方向。在最新的iphone中，蘋果繼續(xù)使用臺積電的扇出技術(shù)，從而推動了臺積電的銷售。但去年，eWLB都賣光了，這促使客戶尋找其他解決方案，導(dǎo)致eWLB市場出現(xiàn)停頓。

“那時，人們變得緊張，停止了對它的期待，因為沒有供應(yīng)的保證，轉(zhuǎn)而把目光投向了其他的晶圓級技術(shù)，或是倒裝芯片?！毙强平鹋蟮腟ikorski說。

不過最近，幸虧發(fā)生了幾件事，eWLB市場已經(jīng)反彈。首先，星科金朋和日月光已經(jīng)擴(kuò)展了他們的eWLB產(chǎn)能。接著，Amkor收購了Nanium，這一舉動為扇出提供了一些支持。

Sikorski說:“我們看到eWLB的引擎將再次發(fā)動，各種設(shè)計在2017年下半年升溫， 2018年將會表明其是穩(wěn)固增長的一年。”

除了eWLB之外，封測廠也正在開發(fā)其他類型的扇出封裝，比如高密度扇出，扇出PoP和扇出SiP。

一些公司還在開發(fā)和提出混合封裝或基于基板的解決方案。Amkor的Huemoeller說:“在基板上的扇出將會是這個行業(yè)的新熱點，它將會以不同的形式引入，從低密度到高密度?！?/p>

如果這還不夠的話，日月光，Nepes和其他一些企業(yè)將在2018年進(jìn)入面板級封裝(PLP)的市場。目前的扇出封裝將芯片封裝到圓形的晶圓上，相比之下，PLP扇出則將芯片封裝到大的方形面板上。

圖6: 300mm晶圓和面板上芯片數(shù)量的對比 來源：星科金朋

“每個人都對成本感興趣，我們?nèi)绾谓档统杀?我們這樣做的方式是從一個晶圓的工藝轉(zhuǎn)變到到一個面板的工藝，并且，PLP扇出的成本降低了20%”，日月光的Hunt說。

顯然，客戶將有許多扇出的選項，但目前尚不清楚哪種技術(shù)最終會在市場上高飛。

缺貨仍會繼續(xù)

“不是所有的活動都圍繞著扇出，此外，200毫米和300毫米元器件的倒裝和WLP的需求也在增長?！盠am的Choon說。

去年，事實上，全球200毫米晶圓的凸塊(bumping)產(chǎn)能不足。晶圓凸塊工藝，使得錫球(solder ball)或是銅柱(copper pillar)形成于晶圓上，是晶圓與芯片之間的電子連接。

200毫米凸塊產(chǎn)能的不足影響了智能手機(jī)市場的芯片級封裝和前端射頻模組的供應(yīng)，其他封裝類型也有很高的需求或供應(yīng)緊張。

缺貨肯定會延續(xù)到2018年，問題是會延續(xù)多久？

“我們預(yù)計，供應(yīng)鏈將在產(chǎn)能瓶頸的地方進(jìn)行增量擴(kuò)產(chǎn)，同時以設(shè)備交期來管理總體產(chǎn)能的擴(kuò)張，”Unisem的Chiu說，“我們預(yù)計，在2018年上半年，各自特定的領(lǐng)域都有可能出現(xiàn)缺貨。”