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先进封装,格式生变
由于芯片缺少形势,先进封装变得愈加重要起来。2022年先进封装商场约占整个集成电路封装商场的48%,并且商场比例还在稳步提高,这首要是由于先进封装被视为是后摩尔年代芯片功用提高的要害。咱们发现,先进封装的格式正在悄然发生改变,或许对长久以来构成的封装价值链发生必定的危险。
先进封装开展的简史
自2000年以来,先进封装技能的演进速度十分快。先进的封装正在协助满意对运转现在成为干流的新式运用的半导体的需求,例如,5G、自动驾驶轿车和其他物联网技能,以及虚拟和增强实际。
先进封装技能的演进进程一览
(图源:Mckinsey & Company)
起始于1950年的Wire Bonding技能至今仍在运用,它是一种将印刷电路板(PCB)衔接到芯片,包含集成电路的硅方块的互连技能,运用焊球和细金属线。它比封装的芯片需求更少的空间,能够衔接相对较远的点,但它在高温、高湿和温度循环的状况下或许会失效,并且每个键有必要按次序构成,这添加了复杂性并会拖慢制作速度。Mckinsey & Company估计到2031年,焊线商场的价值约为160亿美元,年复合添加率为2.9%。
封装技能的*次严重演化是在1995年,倒装芯片(Flip chip)运用了一个面朝下的芯片,其整个外表区域经过焊接 "凸点 "用于互连,将PCB与芯片粘合在一起。这导致了更小的外形尺度,或硬件尺度,以及更高的信号传达速率,即信号从发射器到接收器的更快移动。倒装芯片封装是现在最常见、本钱*的技能,首要用于CPU、智能手机和射频体系封装解决方案。倒装芯片答应更小的安装,能够处理更高的温度,但它们有必要安装在十分平坦的外表上,并且不容易替换。现在倒装芯片商场约为270亿美元,估计年复合添加率为6.3%,到2030年应到达450亿美元。
2000年呈现了晶圆级封装(WLCSP),首要分为两种类型:扇入式(Fan-in)和扇出式(Fan-out)。2010年堆叠式WLCSP得到了开展,它能够在同一封装中完成多个集成电路,并被用于整合逻辑和存储芯片的异质结合,以及存储芯片堆叠。在2.5D堆叠中,两个或更多的芯片并排铺设,用一个插板将一个芯片衔接到另一个。如前文所述,现在*的WLCSP制作商是台积电。台积电的CoWoS-S(基片上的芯片)在商场上占主导方位。
2015年3D堆叠又开端被开展,3D堆叠是多个芯片被正面朝下放在互相的顶部,有或没有插板。有两种首要的3D堆叠类型。最常见的类型是带有微凸点(µ-bumps)的TSV。较新的代替办法,即hybrid bonding,运用电介质粘接和嵌入式金属构成互连,它刚刚被存储器厂商所探究。
先进封装商场比例逐步添加
据Yole猜测,先进封装商场在2022年价值443亿美元,估计从2022年到2028年将以 10.6%的复合年添加率 (CAGR) 添加至786亿美元。相比之下,传统封装商场估计从2022 年到2028年的复合年添加率将放缓至3.2%,到达575亿美元。整体而言,封装商场估计将以6.9%的复合年添加率添加,到达1360亿美元。
由此,能够看出先进封装在芯片中的重要性。2022年先进封装商场约占整个集成电路 (IC) 封装商场的48%,并且由于各种大趋势,其比例正在稳步添加。在先进封装商场中,包含FCBGA和FCCSP在内的倒装芯片渠道在2022年占有了51%的商场比例。估计2022年至2028年收入复合年添加率最高的细分商场是ED、2.5D/3D和倒装芯片,添加率分别为30%、19%和8.5%。
从商场来看,2022年,移动和消费商场依然是先进封装的首要选用者,其大约占整个先进封装商场的70%,估计2022年至2028年的复合年添加率为7%,到2028年将占先进封装收入的61%。除此之外,电信和基础设施部分添加最快,收入添加率约为17%,估计到 2028年将占先进封装商场的27%。轿车和运送将占商场的9%,而医疗、工业和航空航天/国防等其他范畴将占3%。
2022年TOP15先进封装玩家
改变几许?
下图是Yole Intelligence计算的2022年TOP15先进封装厂商的排名状况。在先进封装商场中,前七大厂商占有着主导方位。日月光持续主导商场,遥遥*于其他竞争对手。安靠紧随其后。但假如比照前一年的排名状况,能够看出,晶圆代工厂台积电和三星在先进封装范畴的气势开展迅猛,英特尔一向处于第3的方位。先进封装已成为半导体立异、增强功用、功用和本钱效益的要害,而先进封装商场悄然成为晶圆代工厂的地盘。
详细来看,2021年台积电排在第五位,营收为450亿美元,2022年以531亿美元的收入上升了1名,紧追第2名的英特尔。台积电一向凭仗其CoWoS出产和多样化产品组合(包含3D SoIC、InFO_SoW和CoWoS变体)在高端先进封装范畴处于*方位。英特尔在2022年大力出资先进封装,但PC商场的疲软等宏观经济要素影响了其2023年的中心事务。所以,本年,台积电在先进封装方面的出资现在来看是要远远大于英特尔的。
台积电的CoWoS封装技能
(图源:台积电)
台积电近段时刻来表明,由于AI芯片订单的高需求,其先进封装需求远大于现有产能,台积电被逼紧迫添加产能,并期望扩产速度越快越好。据报道台积电许诺在2023年期间为 Nvidia处理额定的10,000个CoWoS晶圆。在AI运用的推进下,台积电市值已重回5000亿美元。台积电还在上星期新开了一家3D Fabric封装厂Fab6,这是台积电*一体式的先进封装测验工厂,该厂已准备好量产台积电SoIC封装技能。
三星这两年在先进封装上的押注也十分大,2022年三星以400亿美元的收入位居第六名。三星为高带宽存储器(HBM)和3DS产品、扇出面板级封装(FO)和硅中介层供给先进封装解决方案,然后完成高端功用产品。三星在上一年12月专门成立了先进封装部分(AVP),并宣告其方针是用先进封装技能逾越半导体的极限。三星还从台积电以及苹果等公司挖来不少封装技能范畴的大牛。
三星在先进封装技能上的优势
(图源:三星)
自本年年初以来,三星一向在出资其Cheonan封装出产线。别的据业内人士泄漏,三星还在赶紧布局FO,并方案出资7500万美元在日本树立相关产线,并在寻求加强与日本芯片制作设备和资料供货商的联络,在FO范畴,现在台积电独大,大约占有77%的商场比例,三星有意来分一杯羹。依照三星从前发布的方案,其方针是在2027年将先进制程产能较2022年提高3倍以上。
大陆厂商方面,长电科技2022年和2021年在先进封装的营收相差无几,被台积电逾越之后,排在第5。通富微电仍处于第七的方位,可是其这几年的增速较快,2022年通富微电在先进封装的收入由239亿美元添加到了310亿美元,涨幅达22%,首要原因系通富微电凭仗7nm、5nm、FCBGA、Chiplet等先进技能优势,不断强化与AMD等职业*企业的深度协作,稳固和扩展了先进产品市占率。天水华天2022年受消费商场需求的下降,收入由190亿美元削减176亿美元,坐落第9名。
台系封装厂商也遭到终端商场产品需求下滑的影响,不少台系封装厂商的营收都有必定程度的下滑。
中国台湾的力成科技(powertech)2022年收入下降了近30亿美元,由2021年的第6掉到第8位。
第11位的京元电子原本是全球*的专业纯测验公司,近几年来开端向封装范畴出资,京元电子的收入削减的起伏不大。
第13名的台湾的欣邦科技(Chipbond)是一家供给LCD驱动器从晶圆碰撞到封装后端拼装处理的全套交钥匙服务的公司,收入由98.7亿美元下降到78亿美元。
第14的ChipMOS是台湾的芯茂科技,2021年排在第11位,落后了3名,收入由99亿美元下降到了76亿美元。
第15的台湾的矽格股份(Sigurd)收入变化不大。
第10位的新加坡OSAT厂商UTAC收入也有所下降,2021年其排第9。UTAC成立于1997年,从内存测验和DRAM交钥匙测验和封装服务做起。2005年收买Ultra Tera (UTAC Taiwan) 以在台湾树立事务并添加存储设备测验和拼装服务;2006年收买NS Electronics Bangkok (UTAC Thailand) 进军模仿封装商场;2014年收买松下在新加坡、马来西亚和印度尼西亚的3家工厂,进军轿车和工业终端商场。
值得一提的是,2021年还排在第16位的泰国的华纳微电子(HANA Microelectronic),2022年曲折现已来到了第12位,营收由55.6亿美元添加到79.8亿美元。
写在最终
无论是晶圆代工厂的进击,仍是独立测验厂扩展封装事务。来自不同范畴的参与者纷繁进入先进封装,逐步蚕食OSAT的商场,封装界迎来了范式改变。先进封装现已不仅仅是传统OSAT的地盘,不过OSAT依然占有了65.1%大部分的商场比例。所以,虽然代工厂和IDM正在开发先进的封装才能,但他们或许只运用先进的封装来招引需求*进技能的高端客户,因而,不会打乱整个OSAT事务。考虑到运营赢利率与前端制作业的明显差异,它们估计不会扩展称为中心事务,不过它们或许会跨入赢利更高的先进2.5D或3D封装范畴。
可是,在更高价值的先进封装技能范畴,后来者或许很难追上如台积电、英特尔这样的商场*,由于这需求巨大的技能出资来确保客户的数量。虽然追逐者或许具有先进封装技能的研制水平,可是出产经历也很重要。
不过这些晶圆厂商或许会寻求与其他封测厂的协作,来安稳产值,据悉,台积电就将部分封装产能交给了一些其他封测厂来做,由于他们面临着敏捷扩展的需求。所以小型封测厂商依然有汤喝。
关于封装厂商而言,要想在先进封装技能中赢得更多的商场,需求在开展的初始阶段*就取得锚定Fabless客户,与这些客户在前期的联合开发规划显得至关重要。一个代表的比如是台积电在2016年与首要客户严密协作,发布了立异的集成扇出(InFO)晶圆级体系。并且一旦客户挑选了一个先进的封装供货商,它很或许在未来的项目中也会许诺运用该供货商,通富微电和AMD是一个明显的比如。
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