集成電路封裝行業(yè)在2019年的增長(zhǎng)將放緩，但先進(jìn)封裝仍然是一個(gè)亮點(diǎn)。我們必須為這個(gè)放緩和不確定性做好準(zhǔn)備。

　　總體而言，2018年上半年IC封裝公司的需求強(qiáng)勁，但下半年由于存儲(chǔ)器市場(chǎng)的衰退，封裝市場(chǎng)整體降溫。展望未來(lái)，盡管業(yè)務(wù)可能在下半年有所回升，但集成電路封裝市場(chǎng)的緩慢行情預(yù)計(jì)將延伸至2019年上半年。當(dāng)然，這取決于代工生產(chǎn)商OEM的需求、芯片產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)和地緣政治等因素。

　　美國(guó)和中國(guó)之間的“貿(mào)易戰(zhàn)”已經(jīng)導(dǎo)致一些封裝公司放緩在中國(guó)的投資。但貿(mào)易戰(zhàn)帶來(lái)的問(wèn)題是不確定的，目前的中美貿(mào)易戰(zhàn)引起的提升關(guān)稅對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的影響還不是十分明確。

　　除了貿(mào)易戰(zhàn)以外并不都是悲觀失望的氛圍。在封裝領(lǐng)域值得關(guān)注的是先進(jìn)封裝繼續(xù)加速增長(zhǎng)，特別是2.5D、3D、扇出和系統(tǒng)封裝（SIP）等方法。此外，伴隨著先進(jìn)封裝出現(xiàn)的其他封裝技術(shù)，如小芯片（chiplets）和面板級(jí)扇出（panel-level fan-out）正在行業(yè)引起越來(lái)越多的重視。

　　先進(jìn)封裝技術(shù)今天正在半導(dǎo)體市場(chǎng)上發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。由于先進(jìn)節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的IC設(shè)計(jì)成本猛增，越來(lái)越少的芯片制造商能夠負(fù)擔(dān)得起擴(kuò)展和遷移到10nm/7nm等先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用，而先進(jìn)封裝“適時(shí)而生”成為他們一個(gè)新的選擇。除了先進(jìn)封裝，還有另一種提升芯片性能的方法是“異構(gòu)集成”，這種方法是將多個(gè)芯片集成在一個(gè)封裝中。

　　總的來(lái)說(shuō)，封裝行業(yè)高級(jí)封裝的增長(zhǎng)速度比整個(gè)封裝市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度快，但先進(jìn)封裝的增長(zhǎng)并不能抵消預(yù)期的封裝業(yè)務(wù)的放緩。Yole Développement的首席分析師Santosh Kumar表示，在整個(gè)集成電路封裝市場(chǎng)，“我們預(yù)計(jì)2019年將會(huì)放緩。”

　　封裝行業(yè)展望

　　通常，芯片封裝行業(yè)存在有三類不同的實(shí)體：IDM、代工廠和OSAT（外包的半導(dǎo)體封裝和測(cè)試供應(yīng)商）。

　　有許多IDM也為自己的IC產(chǎn)品研發(fā)封裝，例如英特爾、三星等。一些代工廠，如臺(tái)積電，在代工制造芯片的同時(shí)也為客戶提供芯片封裝服務(wù)。然而，大多數(shù)代工廠并不開(kāi)發(fā)集成電路封裝，大部分的情況下，他們把封裝要求交給了外包的第三方封測(cè)代工廠OSAT。

　　OSAT是獨(dú)立的封測(cè)代工廠商。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球市場(chǎng)上共有100多家OSAT。這其中只有少數(shù)OSAT是大型的封測(cè)廠商，但大多數(shù)是中小型封測(cè)廠商。

　　經(jīng)過(guò)許多年的整合并購(gòu)，現(xiàn)在OSAT行業(yè)已經(jīng)趨于穩(wěn)定。上一次大的OSAT并購(gòu)整合發(fā)生在2018年，當(dāng)時(shí)世界最大的OSAT廠商先進(jìn)半導(dǎo)體工程公司（ASE）收購(gòu)了第四大OSAT廠商——硅制品精密工業(yè)公司（SPIL）。

　　然而，封裝行業(yè)面臨的一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)是不斷降低成本。客戶希望OSAT廠商每年將封裝價(jià)格降低2%到5%。為了做到這一點(diǎn)，OSAT廠商必須維持其研發(fā)和資本支出預(yù)算，以保持自己的技術(shù)領(lǐng)先于半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展曲線。

　　封裝業(yè)面臨的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是必須與混亂無(wú)序的商業(yè)周期競(jìng)爭(zhēng)。典型的封裝市場(chǎng)增長(zhǎng)率也反映了半導(dǎo)體市場(chǎng)的狀況。

　　據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)（WSTS）的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器市場(chǎng)增長(zhǎng)放緩的情況下，半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2019年將達(dá)到4900億美元，比2018年增長(zhǎng)2.6%。據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，相比之下，2018年半導(dǎo)體市場(chǎng)的增長(zhǎng)率為15.9%。

　　根據(jù)預(yù)測(cè)，處于技術(shù)前沿的代工業(yè)務(wù)有望在2019年實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，但存儲(chǔ)器市場(chǎng)前景喜憂參半。Veeco高級(jí)光刻應(yīng)用副總裁DougAnberg說(shuō)：“盡管與去年同期相比存儲(chǔ)器芯片價(jià)格有所下降，但仍有增長(zhǎng)。”他指出，“盡管全球三大存儲(chǔ)器芯片的IDM供應(yīng)商進(jìn)行了一些資本支出的調(diào)整，但它們將會(huì)繼續(xù)推出新技術(shù)和新產(chǎn)品，但增長(zhǎng)速度比最初計(jì)劃的要慢。”

　　▲  按平臺(tái)劃分的高級(jí)封裝收入預(yù)測(cè)（來(lái)源：YOLE）

　　同時(shí)，封裝市場(chǎng)也在慢慢發(fā)生變化。多年來(lái)，智能手機(jī)一直是封裝行業(yè)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。現(xiàn)在則是有許多其他市場(chǎng)將推動(dòng)封裝行業(yè)的增長(zhǎng)。

　　“人工智能將繼續(xù)是主要的封裝產(chǎn)能驅(qū)動(dòng)力。預(yù)計(jì)大量人工智能投資將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，”Anberg說(shuō)。“在服務(wù)器/云行業(yè)，隨著封裝行業(yè)逐步走向5G平臺(tái)，將大大驅(qū)動(dòng)硅中介層和基板扇出解決方案，因?yàn)榇髷?shù)據(jù)處理將需要更多的處理能力和更高的帶寬內(nèi)存。”

　　還有其他一些市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素。“我們預(yù)計(jì)封裝市場(chǎng)將繼續(xù)專注于移動(dòng)市場(chǎng)以外的各種領(lǐng)域，包括汽車電子、5G、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，”Kla Tencor的Vandewalle說(shuō)。“對(duì)于汽車行業(yè)，封裝質(zhì)量的要求繼續(xù)提高；因此，我們預(yù)計(jì)對(duì)汽車電子的投資將進(jìn)一步升級(jí)汽車電子封裝線。”

　　我們看還可以陸續(xù)看到許多的新技術(shù)仍在不斷涌現(xiàn)。“人工智能是最大的驅(qū)動(dòng)力之一。物聯(lián)網(wǎng)是另一個(gè)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。這些都將推動(dòng)封裝業(yè)務(wù)和商業(yè)機(jī)會(huì)以相當(dāng)快的速度向前發(fā)展。” Brewer Science公司總裁兼首席執(zhí)行官Terry Brewer表示，“我們將擁有自動(dòng)駕駛和自動(dòng)校正的汽車。但是他們已經(jīng)來(lái)了，我們還沒(méi)到。”

　　另外還有一些市場(chǎng)，它曾經(jīng)是封裝行業(yè)的主要驅(qū)動(dòng)力，現(xiàn)在正在走下坡路，這就是加密貨幣比特幣市場(chǎng)。

　　與此同時(shí)，中美之間的貿(mào)易戰(zhàn)對(duì)市場(chǎng)的影響仍有待觀察。“似乎每個(gè)人都在想的一個(gè)話題是中美關(guān)稅的影響以及中美之間的貿(mào)易戰(zhàn)，”Semico Research公司的制造總經(jīng)理Joanne Itow表示，“合作伙伴關(guān)系、采購(gòu)和庫(kù)存水平都受到貿(mào)易戰(zhàn)不確定性增加的影響，我們已經(jīng)看到不少公司已經(jīng)制定了應(yīng)急計(jì)劃方案。”

　　引線鍵合、倒裝芯片市場(chǎng)

　　同時(shí)，近年來(lái)封裝行業(yè)開(kāi)發(fā)了大量的封裝類型。區(qū)分封裝市場(chǎng)的一種方法是根據(jù)互連方式，互連包括以下幾種技術(shù)：引線鍵合、倒裝芯片、晶片級(jí)封裝和硅通孔（TSV）。

　　根據(jù)TechSearch的數(shù)據(jù)，至今大約75%到80%的集成電路封裝采用的是一種舊的互連方案，即引線鍵合（wire bonding）的方式。然而，根據(jù)Prismark的數(shù)據(jù)，從晶圓生產(chǎn)的角度來(lái)看，從2016年到2021年，引線鍵合封裝的增長(zhǎng)率僅為2.7%。

　　研制于20世紀(jì)50年代的引線鍵合機(jī)類似于一種高科技縫紉機(jī)，它用細(xì)線將一塊芯片縫合到另一塊芯片或基板上。引線鍵合用于低成本的傳統(tǒng)封裝、中檔封裝和內(nèi)存芯片堆疊。

　　到2017年底，封裝廠的引線鍵合利用率達(dá)到了最大產(chǎn)能。相比之下，由于集成電路整個(gè)市場(chǎng)的放緩，從2018年第四季度開(kāi)始引線鍵合產(chǎn)能利用率降至70%至80%或更低。

　　這種不景氣的業(yè)務(wù)環(huán)境預(yù)計(jì)將延續(xù)到2019年初。但到2019年中或更早的時(shí)候，業(yè)務(wù)可能會(huì)恢復(fù)。

　　“我們認(rèn)為中美貿(mào)易緊張局勢(shì)不會(huì)惡化。因此我們預(yù)計(jì)2019年3月份當(dāng)季會(huì)穩(wěn)定下來(lái)，”Kulicke&Soffa總裁兼首席執(zhí)行官Fusen Chen在最近的一次電話會(huì)議上說(shuō)。“希望延遲的投資會(huì)變成一個(gè)平緩的斜坡。在下半個(gè)財(cái)年，我們預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)。可能會(huì)在3月份之后開(kāi)始。”

　　同時(shí)，在引線鍵合領(lǐng)域也發(fā)生了一些變化。在一些產(chǎn)品中，DRAM芯片被堆疊在一個(gè)封裝中，并使用引線鍵合技術(shù)進(jìn)行連接。現(xiàn)在，DRAM廠商正從引線鍵合向倒裝芯片封裝發(fā)展，目的是提高芯片的I/O密度。

　　反過(guò)來(lái)，這將進(jìn)一步推動(dòng)存儲(chǔ)芯片先進(jìn)封裝的發(fā)展。“高端存儲(chǔ)解決方案正在轉(zhuǎn)向高級(jí)封裝。堆疊式DRAM和硅通孔（TSV）的采用始于2015年，用于高帶寬存儲(chǔ)（HBM）和雙列直插式存儲(chǔ)模塊（DIMMs），”Veeco的Anberg說(shuō)。“移動(dòng)DRAM正在轉(zhuǎn)換為倒裝芯片封裝。預(yù)計(jì)2022年用于存儲(chǔ)芯片封裝的倒裝芯片業(yè)務(wù)將占整個(gè)市場(chǎng)的13%，為銅柱、晶圓級(jí)封裝、TSV和扇出封裝創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。”

　　扇出，2.5D和小晶片

　　與引線鍵合和倒裝芯片相比，扇出技術(shù)正以更快的速度增長(zhǎng)。根據(jù)Prismark的數(shù)據(jù)，從2016年到2021年，以晶圓為依據(jù)，扇出封裝的市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以24.6%的速度增長(zhǎng)。

　　根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，從收入角度來(lái)看，2018年至2023年，扇出市場(chǎng)預(yù)計(jì)增長(zhǎng)20%，到2023年達(dá)到23億美元。“扇出封裝仍然是一個(gè)正在健康增長(zhǎng)的市場(chǎng)，從收入來(lái)看，從2018年到2019年，年增長(zhǎng)率為19%，”Yole的分析師Favier Shoo說(shuō)。

　　和扇出相關(guān)的另一個(gè)技術(shù)是扇入（fan-in），扇入也被看作屬于晶圓級(jí)封裝（WLP）的類別。在WLP中，芯片是在晶圓上進(jìn)行封裝的。

　　扇入或扇出都不需要像2.5D/3D這樣的中介層，但兩種WLP類型是不同的。一個(gè)區(qū)別是兩種封裝類型如何合并再布線層（RDLs）。RDL是銅金屬連接線或用于將封裝的一部分與另一部分進(jìn)行電氣連接。RDL是通過(guò)線和線間距來(lái)測(cè)量的，線和線間距指的是金屬線的寬度和間距。

　　在扇入技術(shù)中，RDL是向內(nèi)布線的。在扇出技術(shù)中，RDL是即向內(nèi)也向外布線的，從而可以使有更多I/O通道的封裝體變得更薄。

　　扇出技術(shù)是由智能手機(jī)和其他產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)的。臺(tái)積電的InFO技術(shù)，是最著名的扇出技術(shù)的例子，它起始于在蘋果的iPhone中使用，現(xiàn)在仍在最新的iPhone手機(jī)中使用。從iPhone7開(kāi)始使用的這個(gè)全新封裝技術(shù)InFO，可以讓芯片與芯片之間直接鏈接，從而減少厚度。這對(duì)手機(jī)相對(duì)格外重要，因?yàn)榭梢宰龅酶　Ｊ謾C(jī)處理器封裝的厚度過(guò)去可達(dá)1.3～1.4厘米，臺(tái)積電的第一代InFO就達(dá)到了小于1厘米，減少了30%的厚度。這個(gè)技術(shù)讓臺(tái)積電連續(xù)拿到了三代蘋果手機(jī)的訂單。

　　臺(tái)積電2011年Q3開(kāi)始進(jìn)軍先進(jìn)封裝領(lǐng)域。臺(tái)積電開(kāi)發(fā)所謂的“先進(jìn)封裝技術(shù)”的理由是，“摩爾定律已經(jīng)放緩，但從整個(gè)電子系統(tǒng)層面上來(lái)看，在電路板和封裝上還有很大的改進(jìn)空間，”（張忠謀語(yǔ)）

　　Veeco’s的Anberg說(shuō)：“盡管許多分析師預(yù)測(cè)，移動(dòng)設(shè)備的增長(zhǎng)在2019年將持平，但由于處理能力需求的增加以及不斷增長(zhǎng)的存儲(chǔ)容量需求，晶圓級(jí)封裝（WLP）的內(nèi)容將繼續(xù)增長(zhǎng)。”

　　其他人也同意這個(gè)觀點(diǎn)。“移動(dòng)仍然是低密度和高密度扇出的一個(gè)主要增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)因素，”ASE工程高級(jí)總監(jiān)John Hunt說(shuō)。“汽車行業(yè)將加速扇出技術(shù)的發(fā)展，因?yàn)槲覀兊纳瘸黾夹g(shù)已經(jīng)達(dá)到了1級(jí)和2級(jí)的要求。而且在高端服務(wù)器應(yīng)用市場(chǎng)上也在增長(zhǎng)。”

　　通常的扇出分為兩大類：標(biāo)準(zhǔn)密度和高密度。高密度扇出超過(guò)500個(gè)I/O通道，線寬/間距小于8微米。安靠（AMKOR）、ASE和臺(tái)積電銷售的高密度扇出技術(shù)，專門針對(duì)智能手機(jī)和服務(wù)器。

　　標(biāo)準(zhǔn)密度扇出定義為小于500 I/O通道，且大于8微米線寬/間距的封裝。

　　▲  M系列與eWLB（來(lái)源：ASE）

　　競(jìng)爭(zhēng)正在這里開(kāi)始升溫。ASE和Deca正在升級(jí)的M系列，是一個(gè)與eWLB競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)密度扇出領(lǐng)域。“M系列的可靠性比eWLB和晶片級(jí)芯片級(jí)封裝要好得多，”ASE的Hunt說(shuō)。“我們的M系列產(chǎn)品即有扇出，也有一部分是扇入。它是晶圓級(jí)CSP的替代品，因?yàn)樗辛姹Ｗo(hù)。因此，它的性能顯著提高。”

　　傳統(tǒng)上的標(biāo)準(zhǔn)密度扇出已廣泛用于移動(dòng)和消費(fèi)應(yīng)用。現(xiàn)在扇出開(kāi)始轉(zhuǎn)向汽車領(lǐng)域，過(guò)去汽車一直是由傳統(tǒng)封裝主導(dǎo)。

　　扇出正在進(jìn)入某些（但不是全部）領(lǐng)域。“在激光雷達(dá)上沒(méi)看到，但在雷達(dá)上看到了。對(duì)于汽車，主要是信息娛樂(lè)，我看到正向0級(jí)邁進(jìn)。要進(jìn)入到引擎蓋下面，還需要花些時(shí)間。但對(duì)于eWLB一級(jí)來(lái)講它雖然合格，但已不適用了。它不再是一個(gè)芯片，而可能是兩個(gè)芯片了，”JCET/STATS ChipPAC的副主任Jacinta Aman Lim說(shuō)。

　　其他類型的扇出技術(shù)正在出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，面板級(jí)扇出封裝開(kāi)始在市場(chǎng)上迅速增長(zhǎng)。“三星已經(jīng)啟動(dòng)了HVM面板扇出。PTI和Nepes目前處于小批量生產(chǎn)階段，明年將推出各種產(chǎn)品的HVM。到2019年底，ASE/Deca可能會(huì)啟動(dòng)面板FO的HVM。總體而言，與2018年相比，2019年我們看到了更高的扇出采用率和更多業(yè)務(wù)的面板FO，”Yole的Kumar說(shuō)。

　　今天的扇出技術(shù)包括在一個(gè)200毫米或300毫米的晶圓尺寸上封裝一個(gè)芯片。在面板級(jí)扇出中，封裝是在在一個(gè)大的方形面板上進(jìn)行處理。這增加了每個(gè)基板的芯片數(shù)量，從而降低了制造成本。

　　▲ 300毫米晶圓和面板上的芯片數(shù)量比較

　　（來(lái)源：Stats Chippac，Rudolph）

　　對(duì)面板級(jí)封裝來(lái)說(shuō)有一些挑戰(zhàn)。“我們相信（傳統(tǒng)的）扇出將被更廣泛地采用，特別是對(duì)于像移動(dòng)這樣的應(yīng)用，在那里形狀因素是至關(guān)重要的，”KlaTencor的Vandewalle說(shuō)。“面板扇出封裝技術(shù)將被進(jìn)一步采用，雖然不是在一夜之間。但為了實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，還需要大量的工程工作，另外還要求面板尺寸和操作方面的標(biāo)準(zhǔn)化。”

　　在推廣扇出技術(shù)的同時(shí)，多年來(lái)封裝行業(yè)一直在推行2.5D技術(shù)。在2.5D中，芯片堆疊在中介層上部，中介層通過(guò)硅通孔（TSV）集成。中介層的角色是芯片和電路板之間的橋梁。

　　“2.5D使互連密度增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)，需要處理的是存儲(chǔ)帶寬和延遲。這就是加入中介層的目的，它具有非常精細(xì)的線寬和間距，”GlobalFoundries封裝研發(fā)和運(yùn)營(yíng)副總裁David McCann說(shuō)。

　　然而，2.5D/3D技術(shù)相對(duì)昂貴的成本，限制了市場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器等高端應(yīng)用的需求。

　　與此同時(shí)，一種叫做小晶片（chiplets）的技術(shù)也在出現(xiàn)。有了小晶片，你就可以像搭建樂(lè)高積木那樣去搭建一個(gè)系統(tǒng)。其基本想法是在一個(gè)晶片庫(kù)中有一個(gè)模塊化的芯片菜單，然后你可以將不同芯片集成到一個(gè)封裝中，并使用“die-to-die”互連方案將它們連接起來(lái)。

　　政府機(jī)構(gòu)、行業(yè)團(tuán)體和不少公司已經(jīng)開(kāi)始就各類小晶片模型達(dá)成合作。

　　小晶片的發(fā)展勢(shì)頭正在增強(qiáng)。“這將加速創(chuàng)新，因?yàn)槟辉O(shè)計(jì)了一個(gè)部件，其他是從庫(kù)里捻手而來(lái)。這一直是知識(shí)產(chǎn)權(quán)機(jī)構(gòu)和IP業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)力，但遇到的阻力是如何把這些IP集成到一起，這一部分有難度，”Kandou巴士的首席執(zhí)行官Amin Shokrollahi說(shuō)。

　　小晶片需要一段時(shí)間才能成為主流。“有幾個(gè)問(wèn)題需要克服，例如標(biāo)準(zhǔn)、成本、測(cè)試和供應(yīng)鏈，”Yole的Kumar說(shuō)。

　　小晶片、2.5D、扇出等技術(shù)是將多個(gè)芯片集成在一個(gè)封裝中的方法之一。與初衷一樣，業(yè)界希望使用這些技術(shù)方案來(lái)替代傳統(tǒng)的芯片微縮。

　　因?yàn)樵诜庋b工藝中，其特性尺寸相對(duì)芯片微縮的尺寸要大很多，但是可以通過(guò)減少封裝的凸點(diǎn)間距和再布線層（RDL）來(lái)微縮器件尺寸。

　　對(duì)于這類和其他的應(yīng)用，類似多芯片封裝或異構(gòu)集成正在逐漸成為主流。“我們希望在邏輯和存儲(chǔ)器件上繼續(xù)采用先進(jìn)封裝解決方案，”LamResearch董事總經(jīng)理ManishRanjan說(shuō)。“隨著各公司采用先進(jìn)封裝解決方案來(lái)滿足其未來(lái)的產(chǎn)品需求，異構(gòu)集成作為一個(gè)關(guān)鍵的推動(dòng)者也應(yīng)該加快。”

　　不管最終結(jié)果如何，可以肯定的是，先進(jìn)封裝正朝著若干個(gè)方向發(fā)展，它為客戶提供了新的選擇，也許有太多的選擇。重要的是，哪種封裝類型會(huì)產(chǎn)生效益，哪種只會(huì)成為一部分利基市場(chǎng)？可以肯定的是隨著時(shí)間的推移，有些技術(shù)會(huì)被淘汰。