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大陸先進封裝「風雲再起」

【愛集微】

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儘管封裝業算是大陸半導體業的「最強項」,但伴隨著先進封裝的演進,以及各方勢力紛紛拍馬趕到,先進封裝江湖「風雲再起」。

據Yole Developpement的數據顯示,2018年到2024年,先進封裝市場的複合年成長率為8.2%,預估在2025年先進封裝將佔據整個市場的半壁江山。細究其驅動力,正是由於先進封裝可提高封裝效率,降低封裝成本,提供更好的封裝性價比,正以不可阻擋之勢成未來封測行業的主流。相應地,圍繞先進封裝的「搶位賽」亦愈演愈烈。

進階

追溯起來,半導體封裝技術的發展可分為四個階段,從最初的DIP到PGA,再到BGA、CSP,再進階到如今先進封裝風行,包括倒裝晶片(FC)、矽通孔(TSV)、嵌入式封裝(ED)、扇入型晶圓級封裝FIWLP、扇出型晶圓級封裝FOWLP、系統級封裝(SiP)等各有擁護者。

先進封裝勢起亦由下游推動。江蘇中科智芯集成科技有限公司銷售&市場總監呂書臣指出,未來先進封裝發展速度會越來越快,主要是因為終端產品對晶圓封裝的輕便性、移動性、多能化、高頻、低成本、可靠性及靈活形狀因素有越來越高的要求。

而且,隨著摩爾定律越來越接近極限,異構集成以及包括5G、AI、HPC和IoT在內的行業大趨勢,進一步推動了先進封裝的採用。呂書臣認為,從晶圓製造角度來追求以上因素不管從物理特性還是投資成本上都是不可實現的,因此先進封裝在整個產業鏈中的重要性將越來越突出。

可以說,先進封裝已成為未來封測行業成長的主要來源。據智研諮詢報導,從2017年到2023年,半導體封裝市場的營收將以5.2%的年複合成長率成長。其中,先進封裝市場CAGR將達7%,而傳統封裝市場CAGR僅為3.3%。

而在不同的先進封裝技術中, 各機構也演繹出不同的猛進之勢。智研諮詢指出,3D TSV和FOWLP風頭最勁,將分別以29%和15%的速度成長,而FC將以近7%的CAGR成長,此外FIWLP的CAGR也將達到7%。另一分析機構Yole更為樂觀,預測2017~2022年,全球先進封裝2.5D&3D、FOWLP、FC等技術的收入年複合成長率分別為28%、36%、8%,明顯領先於傳統封裝表現。

逐鹿

先進封裝的巨大前景,使得眾多廠商「蜂擁」而至。除傳統的OSAT和IDM廠商之外,晶圓廠、基板/ PCB供應商、EMS / ODM等以其他商業模式運營的廠商均在向這個領域進軍,讓這一賽道驟然擁堵。

曾經,OSAT和IDM廠商兩大勁旅在封測市場力拼。IDM(整合一體化製造服務)與OSAT(外包封裝測試)是傳統半導體封測行業中的兩種商業模式。IDM如英特爾、三星都屬這一模式,OSAT則側重為客戶提供代工封裝測試服務,如台灣巨頭日月光、美國艾克爾國際科技、大陸長電科技、華天科技、通富微電等都屬OSAT。

據Gartner數據,在封測行業中OSAT與IDM收入於2013年達到平衡,各占50%,在後續的發展中OSAT模式逐漸超越IDM模式。據數據顯示,封測業2017年收入533億美元,其中IDM企業實現收入252億美元,同比成長5.4%,占比47%;OSAT封測實現收入281億美元,同比成長8.5%,占比53%。

但這一局勢伴隨著各方勢力的強勢介入,先進封裝的發展呈爆炸式向各個方向發展,而每個開發相關技術的公司都將自己的技術獨立命名注冊商標,如台積電的InFO、CoWoS,日月光的FOCoS,艾克爾的SLIM、SWIFT等,顯現出諸候爭霸的新態勢,先進封裝版圖也將生變。

如在晶圓級封裝OSAT企業將面臨來自上游晶圓廠如台積電等的跨界競爭;在系統級封裝OSAT企業將受到EMS企業如富士康等侵蝕部分市場份額。加上SEMCO(三星電機)、Unimicron、AT&S等基板和PCB廠商向高級封裝領域進行拓展,在面板級扇出封裝和有機基板中的嵌入式die領域大做文章,讓先進封裝格局再起波瀾。

對於這些勢力的角逐,廈門雲天半導體科技有限公司總經理于大全比較看好晶圓廠、IDM以及OSAT。晶圓廠在2.5D和3D TSV等高端晶圓級封裝領域有優勢,因有前道環節的技術基礎,更容易進行切入和融合;而OSAT經過多年的發展,具備較大規模,多種技術能力和眾多客戶,在SiP、WLCSP和Bumping/FC等封裝技術方面鎖定勝局;基板廠商因有載板,在嵌入式封裝(ED)和模塊化方面可獲得一定優勢;而EMS/ODM切入這一領域,需要重構供應鏈,面臨技術、資金和客戶資源等問題,還需要看廠商的定位和發展策略。

儘管各方勢力均參與角逐,但于大全分析沒有哪種技術將一統江湖,也沒有哪方勢力能獨步天下,市場的蛋糕足夠大,他們將在各自的擅長領域中繼續馳騁。

而從細分項3D堆疊來看,業界知名專家則更看好晶圓廠,認為他們有深厚的技術和雄厚的財力,在3D封裝領域更需要先進的晶片製造專業知識以及大量的計算機模擬來實現精確的堆疊,傳統OSAT廠商相對難以介入。

對於未來這些封裝技術的走向,于大全更看好晶圓級封裝、系統級封裝的成長潛力。他分析道,隨著摩爾定律的快速逼近物理極限,以及5G、AI、IoT時代的到來,催生了對高性能晶片、系統集成器件和模塊的需求,相應地帶動了上述封裝技術需求。目前先進封裝兩個重要的技術,一是基於矽通孔三維封裝,可以用於高性能處理器和存儲器集成、三維晶片堆疊以及CMOS圖像傳感器的封裝集成;另一個是三維扇出型封裝,具有廣泛的應用前景。

佈局

在先進封裝風起雲湧之際,大陸的封測企業也在加快追趕。

畢竟,從中國大陸方面上看,封測是大陸IC產業中發展比較完善的一個領域。長電科技、華天科技與通富微電是大陸在封測領域的佼佼者,這些企業正深入參與到先進封裝的角逐中來。

而且,全球半導體產業正進入以中國為主要擴張區的第三次國際產能轉移。隨著大陸IC新增產線的陸續投產,未來數年大陸IC產業增速將處於較高水平。大陸本土封裝測試企業在政策資金的支持下也將快速成長,預計到 2026年大陸IC封裝測試行業規模將超過人民幣5000億元。

在市場前景和技術進步的合力驅動下,以三大封測巨頭等為代表的大陸封裝企業近幾年在技術研發和先進裝備方面進行了大量的投入,產品檔次逐步從低端向中高端發展,比如長電科技在SiP封裝、2.5D/3D封裝以及晶圓級封裝不斷加大研發投入與產出,華天科技則在WLCSP、TSV、Bumping、Fan-out、FC等多個技術佈局,通富微電則擁有Bumping、WLCSP、FC、BGA、SiP等先進封測技術,並在2D、2.5D封裝技術研發上取得突破,各有斬獲。

除領頭企業在跑馬圈地之外,大陸一些新興企業也在加快佈局。目前中科智芯封裝工藝產線已經實現WLCSP/Cu Pillar及Fan-out產品的量產,一期產能12000片/月。而雲天半導體則密切關注5G市場應用,創新開發了多種先進封裝及系統集成技術,技術覆蓋了從濾波器等射頻前端器件三維封裝、玻璃通孔技術、三維無源器件技術,以及面向毫米波晶片的扇出集成技術和AiP系統集成方案。于大全預計明年新廠房投產之後,每月4/6英寸產能將突破8000片/月,同時每月8/12英寸產能突破5000片/月,後年將進一步提升。

甬矽電子(寧波)股份有限公司副總經理徐玉鵬在最近舉辦的ICCAD上透露,公司已擁有FC、SiP等先進封裝技術,在2021年之後還將投入2.5D~3D等FOWLP技術。未來,甬矽電子將緊跟封測技術發展趨勢,推出多方位/多封裝技術的方案。

儘管成就不俗,但仍要指出的是,從整體來看,儘管封測三大巨頭在先進封裝營收或佔據三四成,但大陸整體封測企業在先進封裝的營收占比仍低於全球平均水平41%,更低於台灣封測企業79%的水平。

特別如呂書臣所指,在一些高端封裝方面,比如存儲類的3D堆疊封裝、2.5D矽基轉接板系統封裝、高密度低間距bumping封裝、Fan-out/Panel FO方面仍存較大的差距。

為進一步提升大陸封測企業的封裝水平,呂書臣建議,一是大陸設備、材料企業要給予支持,為先進封測提供強有力的後勤保障。二是大陸設計企業要盡可能將封測產業鏈轉移至大陸本土(目前確實也是在這樣做),對大陸封測廠尤其是新建立的先進封測廠給予支持,因為技術/良率是通過大生產做出來的,沒有投片量支持很難在工藝穩定性上有所提升。三是大陸設計軟件能力要提高。四是封測人才培育力度要加大。


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