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原创 半导体封装业在2019年将面临哪些挑战?

2018-12-14 13:09 2801 7 2 分类: EDA/ IP/ 设计与制造
尽管先进的封装仍然是市场的亮点,但如果不是一些不确定因素的话,IC封装行业正准备迎接2019年的缓慢增长。
一般来说,IC封装厂在2018年上半年需求强劲,但由于内存放缓,市场在下半年降温。展望未来,较慢的IC 封装市场有望延续至2019年上半年,尽管下半年业务可能会有所增长。当然,这取决于OEM需求,芯片增长和地缘政治因素。
美国和中国之间的贸易紧张关系已经  已经  造成了一些封装厂放慢在中国的投资。但这些贸易问题是不稳定的。目前尚不清楚中国和美国提出的关税对半导​​体产业会产生什么影响。
这并不是所有的厄运和沮丧。先进的封装继续增长,特别是2.5D,3D,扇出和系统级封装(SIP)等方法。此外,芯片和面板级扇出等新的封装技术正在兴起。
总体而言,先进封装在半导体市场中发挥着更大的作用。如今,由于IC设计成本飙升,设备制造商可以负担得起并扩展到10nm / 7nm及更高级别等高级节点。获得许多扩展优势的另一种方法是转向异构集成,将多个芯片放入高级软件包中。
总而言之,先进封装的增长速度超过整体封装市场,但这还不足以抵消预计的业务放缓。在整个IC封装市场,“我们预计2019年会出现放缓,”YoleDéveloppement首席分析师Santosh Kumar表示。“这是整个2019年。”
据Yole称,2019年,包括所有技术在内的IC封装市场预计收入将达到680亿美元,比2018年增长3.5%。据Yole称,相比之下,预计2018年IC封装市场将增长5.9%。同时,“先进的封装预计在2019年增长4.3%,而传统/商品封装的增长率为2.8%”,Kumar表示。
IC封装的单位增长也是一个混合因素。“2019年封装市场前景乐观,单位增长预计增长5%至10%,尽管与过去两年相比略有放缓,”ICOS部门总经理Pieter Vandewalle表示。KLA-Tencor。

图1:平台预测的高级封装收入。(来源:Yole)

图2:晶圆启动带来的先进封装增长预测。(来源:Prismark,ASM Pacific)
封装领域
通常,有三种类型的实体会开发芯片封装 - 集成器件制造商(IDM),代工厂和外包半导体组装和测试(OSAT)供应商。
许多IDM为自己的IC产品开发包。然后,一些代工厂,如英特尔,三星和台积电,为客户提供芯片封装服务。然而,大多数代工厂不开发IC封装。相反,他们将封装要求交给OSAT。
OSAT是商家供应商。最后统计,市场上有超过100种不同的OSAT。一些OSAT很大,但大多数是中小型玩家。
经过多年的整合,OSAT行业已经稳定下来。上一次重大合并发生在2018年,当时全球最大的OSAT公司Advanced Semiconductor Engineering(ASE)收购了第四大OSAT的Siliconware Precision Industries(SPIL)。
然而,封装是一项艰巨的业务。客户希望OSAT每年将其封装价格降低2%至5%。然而,OSAT必须保持其研发和资本支出预算,以保持领先于技术曲线。
封装厂也 必须 应对颠覆性的商业周期。通常,封装的增长率反映了半导体市场的状况。
根据世界半导体贸易统计(WSTS)小组的数据,在内存放缓的情况下,预计2019年半导体市场将达到4900亿美元,比2018年增长2.6%。根据WSTS,相比之下,2018年的增长率为15.9%。
根据各种预测,领先的代工业务将在2019年实现增长,但内存前景喜忧参半。“尽管内存价格与去年同期相比有所下降,但仍有增长,”Veeco高级光刻应用副总裁Doug Anberg表示。“虽然三大全球内存IDM都有一些资本支出调整,但它们将继续推出新技术和新产品,但速度比最初计划的要慢。”
同时,封装市场正在发生变化。多年来,智能手机是封装的关键驱动力。现在有许多市场将推动增长。
“AI将继续成为主要的量产车手。预计将继续进行重大人工智能投资,“Anberg说。“在服务器/云行业,大数据需求将需要更多的处理能力和更高的带宽内存,因为行业正朝着5G平台发展,推动硅插入器和基板解决方案的扇出。”
还有其他市场驱动因素。“我们预计封装市场将继续专注于移动市场以外的各种领域,包括汽车电子,5G,AI和机器学习,”KLA-Tencor的Vandewalle说。“对于汽车领域,封装质量要求不断提高; 因此,我们预计设备投资将升级汽车封装线。“
一些技术仍在出现。“人工智能是重要的推动因素之一。物联网是另一个驱动力。Brewer Science公司总裁兼首席执行官特里布鲁尔说:“这些产品将以极快的速度推动商业和商业机会的发展。” “我们将拥有自动驾驶和自我纠正的汽车。那些即将来临,但我们还没有。“
然后,作为封装的重要推动力的一些市场正在逐渐被淘汰,即加密货币。
与此同时,还有待观察的是,中美之间的贸易问题将如何影响市场。Semico Research制造业常务董事Joanne Itow表示,“每个人心目中的主题之一是关税的影响以及美国与中国之间的贸易紧张关系”。“合作伙伴关系,采购和库存水平都受到不确定性增加的影响,我们已经看到公司制定了应急计划方案。”
Wirebond,倒装芯片市场
多年来,同时,该行业开发了大量的封装类型。分割封装市场的一种方法是通过互连类型,其包括以下技术 - 引线键合,倒装芯片,晶圆级封装和硅通孔(TSV)。
据TechSearch称,今天,所有IC封装中约有75%到80%使用称为引线键合的旧互连方案。Prismark的数据显示,从晶圆开始的角度来看,线焊封装从2016年到2021年的增长率仅为2.7%。
电线接合器开发于20世纪50年代,类似于高科技缝纫机,使用细线将一个芯片缝合到另一个芯片或基板上。引线键合用于低成本传统封装,中档封装和存储器芯片堆叠。
截至2017年底,封装厂的引线键合利用率均在满负荷运行。相比之下,由于IC减速,导线利用率在2018年第四季度下降至70%至80%或更低。
疲软的商业环境预计将延续到2019年的上半年。但到2019年中或更早,业务可能会回暖。
“我们认为贸易紧张局势不会恶化。因此,如果贸易紧张局势不会恶化,我们预计3月季度会稳定下来,“Kulicke&Soffa总裁兼首席执行官陈富森在最近的电话会议上表示。“希望延迟的投资可以变成一个坡道。在本财政年度的下半年,我们预计会有一个上升趋势。也许它将在3月季度之后开始。“
与此同时,线焊部分正在发生一些变化。在一些产品中,DRAM管芯堆叠在封装中并使用引线键合技术连接。现在,DRAM供应商正在从线焊到倒装芯片封装,作为提高I / O密度的手段。
反过来,这将推动内存中先进封装的增长。“高端内存解决方案正在转向高级封装。采用TSV的堆叠式DRAM开始于2015年开始用于高带宽内存(HBM)和DIMM,“Veeco的Anberg说。“移动DRAM正在转向倒装芯片封装。内存封装的倒装芯片业务预计将在2022年增加到整个市场的13%,为铜柱,芯片级封装,TSV和扇出封装带来新机遇。“
扇出,2.5D和小芯片
与引线键合和倒装芯片相比,扇出以更快的速度增长。Prismark的数据显示,基于晶圆启动,预计扇出将从2016年到2021年以24.6%的速度增长。
据Yole称,从收入的角度来看,扇出市场预计将在2018年至2023年间增长20%,到2023年达到23亿美元。Yole分析师Favier Shoo表示,“扇出封装仍然是一个健康成长的市场,从2018年到2019年的收入年增长率为19%。”
扇出和相关技术,扇入,属于称为晶圆级封装(WLP)的类别。在WLP中,管芯在晶圆上封装。
扇入或扇出都不需要像2.5D / 3D这样的插入器,但两种WLP类型是不同的。一个区别是两种包类型如何包含再分配层(RDL)。RDL是铜金属连接线或迹线,将封装的一部分电连接到另一部分。RDL由线和空间测量,其指的是金属迹线的宽度和间距。
在扇入中,RDL迹线向内路由。在扇出时,RDL向内和向外布线,从而实现具有更多I / O的更薄封装。
扇出由智能手机和其他产品驱动。台积电的InFO技术是最着名的扇出示例,正在苹果最新的iPhone中使用。
“虽然许多分析师预测2019年移动设备增长将持平,但由于处理能力需求的增加以及不断增长的内存需求,WLP内容将继续增长,”Veeco的Anberg表示。
其他人同意。“移动仍然是低密度和高密度扇出的主要增长动力,”ASE高级工程总监John Hunt说。“随着我们获得1级和2级资格,汽车业将开始增强势头。服务器应用正在看到高端市场的增长。”
通常,扇出分为两大类 - 标准密度和高密度。高密度扇出具有超过500个I / O,线/间距小于8μm。Amkor,ASE和台积电销售高密度扇出,适用于智能手机和服务器。
标准密度扇出定义为具有少于500个I / O和大于8μm线/间距的封装。
最初的扇出技术嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)被归类为标准的扇出封装类型。今天,Amkor,ASE和JCET / STATS出售eWLB包。
比赛在这里升温。ASE和Deca正在推进M系列,这是一种与eWLB竞争的标准密度扇出系列。“M系列比eWLB和晶圆级芯片级封装具有更好的可靠性,”ASE的亨特说。“我们的一些M系列是扇出的。其中一些是粉丝。它是晶圆级CSP的替代品,因为它具有六面保护。所以,它表现得更好。“

图3 M系列与eWLB。(来源:ASE)
传统上,标准密度扇出已经用于移动和消费者应用。现在,扇出正在进入以商品封装为主导的汽车市场。
扇出在一些但不是所有段中移动。“我没有在LiDAR中看到它,但我看到了雷达。对于汽车而言,它主要是信息娱乐。我看到了向0级的转变。在引擎盖下,这需要一些时间。但是已经淘汰的eWLB 1级是合格的。JCET / STATS ChipPAC的副主任Jacinta Aman Lim表示,这不仅仅是一个模具,而是两个模具。
其他类型的扇出正在出现。经过多年的研发,面板级扇出封装开始在市场上崛起。“三星已经开始使用HVM进行面板扇出。PTI和Nepes目前处于小批量生产阶段,明年将推出各种产品的HVM。到2019年底,ASE / Deca可能会启动面板FO的HVM。总的来说,与2018年相比,我们看到2019年面板FO的采用率更高,业务更多,“Yole的库马尔说。
今天的扇出技术包括将芯片封装成200mm或300mm晶圆尺寸的圆形晶圆。在面板级扇出中,封装在大型方形面板上处理。这增加了每个衬底的芯片数量,这降低了制造成本。

图04:300mm晶圆上裸露的裸片数量与面板裸片数量的比较。(来源:STATS ChipPAC,Rudolph)
面板级封装存在一些挑战。“我们相信(传统)扇出将被更广泛地采用,特别是对于移动等应用,外形尺寸至关重要,”KLA-Tencor的Vandewalle说。“面板扇出封装技术将进一步采用,尽管不是一夜之间。需要大量的工程工作才能实现高产量生产。并且需要在面板尺寸和处理方面进行标准化。“
同时,多年来,业界一直在运送2.5D技术。在2.5D中,管芯堆叠在内插器的顶部,内插器包括硅通孔(TSV)。插入器充当芯片和板之间的桥梁。
“2.5D使互连密度增加了一个数量级。您要解决的是内存带宽和延迟。这就是具有非常精细的线条和空间的插入器的目的,“ GlobalFoundries封装研发和运营副总裁David McCann说。
但是,2.5D / 3D技术相对昂贵,将市场限制在网络和服务器等高端应用中。
与此同时,小芯片也在不断涌现。使用小芯片,您可以构建像LEGO这样的系统。这个想法是你在库中有一个模块化芯片或小芯片的菜单。然后,将芯片组装在封装中,并使用芯片到芯片互连方案连接它们。
政府机构,行业团体和个别公司开始围绕各种小型车模型展开竞争。
因此,小型企业正在建立势头。“这将加速创新,因为您只设计了一个部件。这一直是知识产权公司和知识产权业务的驱动力。你从这里拿到一个IP,从那里拿另一个。但是,遇到问题的地方就是将这些IP放在一起。这部分很艰难,“ Kandou Bus首席执行官Amin Shokrollahi说。
Chiplet需要一段时间才能成为主流。“根据Yole的Kumar的说法,有几个问题需要克服,例如标准,成本,测试和供应链。”
小芯片,2.5D,扇出和其他技术是将多个芯片放入封装中的方法之一。和以前一样,业界希望将这些方案中的许多方案用作传统芯片缩放的替代方案。
在封装中,特征尺寸的规模要大得多,但您仍然可以通过减少封装的某些部分来缩放器件,例如凸点间距和RDL。
对于这个和其他应用程序,多芯片封装或异构集成正在流行。“我们希望在逻辑和存储器件方面继续采用先进的封装解决方案,” Lam Research董事总经理Manish Ranjan表示。“随着公司采用先进的封装解决方案来满足未来的产品需求,异构集成作为关键推动因素的使用也将加速。”
可以肯定的是,先进的封装正朝着多个方向发展,它为客户提供了新的选择。但桌面上可能有太多选项。问题是哪种封装类型会粘在一起,哪些会成为利基。随着时间的推移,有些人可能会被淘汰。
本文译自:Semiconductor Engineering,  原文:Packaging Biz Faces Challenges In 2019,作者:MARK LAPEDUS
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