經(jīng)過(guò)了這些年的厚積薄發(fā),先進(jìn)封裝行業(yè)已進(jìn)入最令人興奮的階段,。
在摩爾定律放慢的時(shí)代,,當(dāng)先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)不再能帶來(lái)理想的成本效益,并且對(duì)新光刻解決方案和7nm以下節(jié)點(diǎn)的器件的研發(fā)投資大幅增加時(shí),,先進(jìn)封裝代表著增加產(chǎn)品價(jià)值的機(jī)會(huì)(以更低的成本獲得更高的性能) ),。
在我們看來(lái),先進(jìn)封裝無(wú)論是在擴(kuò)展路線圖,,還是在功能路線圖方面均具有優(yōu)勢(shì),。在摩爾定律放緩的前提下,為了達(dá)到更好的集成,,先進(jìn)封裝進(jìn)入了越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域,,當(dāng)中包括大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器(如大數(shù)據(jù),人工智能,,5G,,高性能計(jì)算(HPC),物聯(lián)網(wǎng)(包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)),,智能汽車,,工業(yè)4.0和數(shù)據(jù)中心。
在Yole 看來(lái),,支持這些大趨勢(shì)所需的電子硬件需要高計(jì)算能力,,高速,高帶寬,,低延遲,,低功耗,更多功能,,更多內(nèi)存,,系統(tǒng)級(jí)集成,各種傳感器,,最重要的是低成本,。為此這些新趨勢(shì)將給各種封裝平臺(tái)創(chuàng)造商機(jī),而先進(jìn)的封裝技術(shù)非常適合滿足各種性能要求和復(fù)雜的異構(gòu)集成需求,。
Yole指出,,先進(jìn)封裝已成為半導(dǎo)體創(chuàng)新的關(guān)鍵,,其對(duì)于彌合芯片與PCB之間的差距至關(guān)重要。他們指出,,半導(dǎo)體行業(yè)正在開發(fā)用于縮放路線圖和功能路線圖的產(chǎn)品,。他們表示,即使在7nm工藝以下,,只有三個(gè)參與者,,并且他們的步伐已經(jīng)放慢,但縮放路線圖也有望繼續(xù)(7納米及以下),。其中,,使用異構(gòu)集成并得到先進(jìn)封裝技術(shù)支持的功能路線圖變得更加突出。
實(shí)際上,,據(jù)我們觀察得知,,先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝可通過(guò)增加功能并保持/提高性能,同時(shí)降低成本來(lái)增加半導(dǎo)體產(chǎn)品的價(jià)值,。
Yole表示,,當(dāng)前很多正在開發(fā)的高端、低端芯片都在采用各種各樣的多芯片封裝(multi-die packaging :系統(tǒng)級(jí)封裝),。在他們看來(lái),,這些設(shè)計(jì)將滿足與異構(gòu)集成有關(guān)的功能性能和更緊迫的生產(chǎn)需求。
鑒于每個(gè)客戶要求的定制程度不斷提高,,這給封裝供應(yīng)商帶來(lái)了巨大壓力,。為了滿足下一代硬件性能要求,高級(jí)封裝必須推動(dòng)工藝,、材料和設(shè)備的創(chuàng)新,。從他們的介紹我們可以看到,先進(jìn)的封裝加速了對(duì)基板制造,、封裝組裝和測(cè)試工程中突破性技術(shù)的需求,。投資于下一代制造工具的開發(fā),例如die到die/die到wafer的混合鍵合,,熱壓鍵合(thermo compression bonding :TCB),,激光輔助粘合(laser assisted bonding:LAB),面板級(jí)工具和基板UV通孔等技術(shù),,將有助于推動(dòng)高級(jí)封裝的整體增長(zhǎng),。其I / O密度與封裝尺寸的高級(jí)封裝技術(shù)路線圖如下圖所示。
die到die和die到硅片的混合鍵合(Cu-Cu直接鍵合)是用于2.5D / 3D堆疊和異構(gòu)集成的關(guān)鍵新興技術(shù),,它將實(shí)現(xiàn)超細(xì)間距(小于10um)的互連,,消除底部填充、UBM和焊料電鍍,,大大降低了外形尺寸(高度),。主要參與者已經(jīng)在內(nèi)部開發(fā)了該技術(shù)(例如,,TSMC的SoIC)或通過(guò)許可XPERI的DBI混合和DBI超混合鍵合技術(shù)(SK Hynix,UMC,,Tower Semiconductor等)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能,。在材料方面,這些參與者希望開發(fā)新的介電材料,,模塑料,底部填充,,焊料互連和TIM,,以滿足下一代硬件所要求的嚴(yán)格性能和可靠性要求。
2025年后,,先進(jìn)包裝收入將超過(guò)傳統(tǒng)包裝收入
2019年總的IC封裝市場(chǎng)規(guī)模約為680億美元,。其中先進(jìn)的包裝(AP)約為290億美元。據(jù)Yole預(yù)測(cè),,這個(gè)市場(chǎng)在2019到2025年間將有望以6.6%的CAGR 成長(zhǎng),,那就意味著到2025年,先進(jìn)封裝的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到420億美元,。與此同時(shí),,傳統(tǒng)的封裝市場(chǎng)將以1.9%的CAGR成長(zhǎng)。并且整個(gè)封裝市場(chǎng)將以4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR 2019-2025)增長(zhǎng),,并分別達(dá)到430億美元和850億美元,。
據(jù)介紹,如果統(tǒng)計(jì)2014年到2025年的復(fù)合年增長(zhǎng)率,,則變?yōu)?.1%,,為此他們預(yù)測(cè),先進(jìn)封裝市場(chǎng)的收入將增加一倍以上,,從2014年的200億美元增加到到2025年的420億美元,。這幾乎是傳統(tǒng)封裝市場(chǎng)預(yù)期增長(zhǎng)的三倍,估計(jì)2014-2025年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為2.2%,。
由于受到Covid-19的影響,,預(yù)計(jì)2020年AP市場(chǎng)將同比下降6.8%。但是,,Yole預(yù)計(jì)該市場(chǎng)將在2021年反彈,,同比增長(zhǎng)約14%。隨著大批量產(chǎn)品進(jìn)一步滲透市場(chǎng),,預(yù)計(jì)2.5D / 3D TSV IC,,ED(in laminate substrate)和扇出市場(chǎng)將分別保持21.3%,18%和16%的年復(fù)合增長(zhǎng)率,。當(dāng)中表現(xiàn)出色的市場(chǎng)包括移動(dòng),,網(wǎng)絡(luò)和汽車領(lǐng)域的FO,;AI / ML,HPC,,數(shù)據(jù)中心,,CIS和3D NAND中的3D堆疊;,,以及在汽車,,移動(dòng)和基站中使用ED。
按收入細(xì)分,,移動(dòng)和消費(fèi)市場(chǎng)占2019年高級(jí)封裝總收入的85%,,并將以5.5%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng),到2025年占AP收入的80%,。電信和基礎(chǔ)設(shè)施收入是增長(zhǎng)最快的細(xì)分市場(chǎng)(約為13%)在AP市場(chǎng)中,,
在各種先進(jìn)封裝技術(shù)中,倒裝芯片在2019年約占收入的83%,。但是,,到2025年,其市場(chǎng)份額將降至約77%,,而3D堆疊和扇出的份額將從約5%開始增長(zhǎng),。到2025年,這一比例將在2019年分別提高到10%和7%,。3D堆疊和扇出將繼續(xù)以令人印象深刻的CAGR增長(zhǎng),,分別是21%和16%,并且它們?cè)诟鞣N應(yīng)用中的采用率將進(jìn)一步提高,。
據(jù)Yole預(yù)測(cè),,3D堆棧市場(chǎng)的增長(zhǎng)主要由3D內(nèi)存(HBM和3D DDR DRAM)、基于2.5D中介層的裸片分區(qū)和異構(gòu)集,、3D SoCFoveros,、3D NAND和堆疊式CIS所推動(dòng)。隨著來(lái)自不同商業(yè)模式的參與者進(jìn)入市場(chǎng),,扇出封裝市場(chǎng)也有望呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng),。扇入式WLP主要由移動(dòng)設(shè)備主導(dǎo),其在2019年至2025年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率約為3.2%,,
分析OSAT財(cái)務(wù)狀況
查看前25名OSAT的2019年財(cái)務(wù)狀況,,發(fā)現(xiàn)前8名與其余參與者之間的差距越來(lái)越大(下圖)。投入大量資金的頂級(jí)OSAT與其他產(chǎn)品形成了差距,。如果沒(méi)有差異化的技術(shù)或知識(shí)產(chǎn)權(quán)用于合并或收購(gòu)戰(zhàn)略,,那么處于尾部的公司將面臨更高的風(fēng)險(xiǎn)。
在2019年,,ASE成為絕對(duì)領(lǐng)先的OSAT,,在完成SPIL收購(gòu)后以137億美元的收入領(lǐng)先于同行,,而在與Amkor和JCET等其他OSAT相比,USI在2019年的收入增長(zhǎng)使并沒(méi)有受到影響,。
據(jù)Yole報(bào)道,,ASE在2019年的資本支出約為18億美元。與JCET($ 503M)和Amkor($ 472)相比,,ASE的指出是其三倍以上,,由此可見,彌合差距并非易事,。從上述數(shù)據(jù)可以看到,,臺(tái)積電封裝方面的營(yíng)收排名第四,收入約為28美元,。這主要是因?yàn)樗麄冊(cè)鰪?qiáng)了針對(duì)HPC和5G部署的CoWoS和InFO-x產(chǎn)品。
隨著日月光以創(chuàng)紀(jì)錄的收入和能力上升到新的高度,,臺(tái)灣公司在2019年繼續(xù)以55%的市場(chǎng)份額贏得OSAT市場(chǎng)的份額,。OSAT總收入從2018年的279億美元增至2019年的281億美元,其中ASE占OSAT總收入的近50%,。而ASE,,Amkor和JCET占OSAT總收入的74%。
盡管2019年上半年需求疲軟,,但2019年OSAT研發(fā)支出從12.9億美元微升至13.1億美元,。2019年OSAT的資本支出也保持在2018年水平,約為55億美元,。其中前六名的指出都超過(guò) 5,000萬(wàn)美元,。由此也可以看到。參與者與其他參與者之間的研發(fā)支出存在巨大差距,。
ASE是唯一一家在研發(fā)方面支出超過(guò)5億美元的公司,。而其中有10家企業(yè)的研發(fā)支出少于1000萬(wàn)美元。Yole認(rèn)為,,要保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),,就需要不斷創(chuàng)新技術(shù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,,研發(fā)投入較小的參與者將無(wú)以為繼,。他們的選擇有限:要么加大研發(fā)投入,要么為收購(gòu)或者被收購(gòu)做好準(zhǔn)備,。
來(lái)自不同業(yè)務(wù)模式的參與者正在進(jìn)入高級(jí)封裝業(yè)務(wù)
Yole表示,,封裝/組裝業(yè)務(wù)發(fā)生了范式轉(zhuǎn)變,傳統(tǒng)上這是OSAT和IDM的領(lǐng)域,。但現(xiàn)在,。其他商業(yè)模式(晶圓廠,,基板/ PCB供應(yīng)商,EMS / ODM)的參與者正在進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng),,蠶食OSAT的份額(圖4),。先進(jìn)封裝(AP)正在從封裝基板平臺(tái)轉(zhuǎn)移到硅片,這一轉(zhuǎn)變?yōu)榕_(tái)積電,,英特爾和三星等巨頭提供了在AP領(lǐng)域展示實(shí)力的機(jī)會(huì),,成為新AP技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新者。尤其是臺(tái)積電,,在開發(fā)創(chuàng)新的先進(jìn)封裝平臺(tái)(從扇出(InFO)到2.5D Si中介層(CoWoS)到3D SoIC)方面已成為領(lǐng)導(dǎo)者,。
根據(jù)目前的封裝收入排名,臺(tái)積電在OSAT中排名第四,。UMC,,SMIC,Global Foundries和XMC等其他代工廠也正在投資先進(jìn)的封裝技術(shù),。同時(shí),,其他頂級(jí)OSAT(例如ASE / SPIL,Amkor和JCET)正在投資各種先進(jìn)的SiP和扇出技術(shù),,以評(píng)估它們的競(jìng)爭(zhēng)并增加其先進(jìn)封裝的市場(chǎng)份額,。
SEMCO,Unimicron,,AT&S,,Shinko等IC基板和PCB制造商正通過(guò)面板級(jí)扇出封裝和有機(jī)基板中的嵌入式die(和無(wú)源芯片)進(jìn)入高級(jí)封裝領(lǐng)域。像Google,,Microsoft,,F(xiàn)acebook,阿里巴巴等軟件公司正在設(shè)計(jì)自己的處理器,,以控制系統(tǒng)級(jí)集成和定制以及供應(yīng)鏈直至組裝和封裝級(jí),。富士康和捷普等EMS廠商正在投資組裝和封裝能力,以將價(jià)值鏈上移至更高利潤(rùn)的業(yè)務(wù),。
頂尖的OSAT正在投資于IC測(cè)試能力以占領(lǐng)測(cè)試市場(chǎng)領(lǐng)域,。另一方面,諸如KYEC和Sigurd Microelectronics之類的純測(cè)試公司正在通過(guò)并購(gòu)或投資于研發(fā)為他們的服務(wù)產(chǎn)品增加封裝/組裝能力,。