【芯观点】封装市场成为全球半导体供需情况的晴雨表

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根据Semiconductor Engineering的研究，IC封装市场的动态反映了半导体业务的供需情况。一段时间以来，芯片需求的持续激增导致了部分产能、各种封装类型、关键部件和设备的短缺。

以产能为例。日月光在2020年第四季度的工厂利用率高于80%。到2021年第二季度，日月光的封装/组装利用率为85%，测试利用率接近80%。

2021年三季度也产能吃紧。“我们仍然以超过85%的满负荷运行。这将持续到第四季度。测试高于80%，也会持续到第四季度，”日月光CFO Joseph Tung在最近的电话会议上表示。

因此，封装厂正在扩大产能以满足需求。为满足需求，长电科技宣布在中国宿迁的第二期集成电路封装测试设施正式启动。“今年下半年，长电科技海内外工厂继续优化量产技术和运营效率”，长电科技CEO郑力表示。

但是一个封装由许多组件组成，而这些组件本身就供不应求。例如，许多封装由基础材料或基板组成。

QP Technologies的母公司Promex的销售和营销副总裁Rosie Medina表示：“基板交货时间已从2-4周增加到长达16-20周。”

今天，市场上有大约1000种封装类型，每个类型都有针对自己的供需情况的不同应用程序。

细分封装市场的一种方法是通过互连类型，包括引线键合、倒装芯片、晶圆级封装 (WLP) 和硅通孔 (TSV)。互连用于在封装中将一个管芯连接到另一个管芯。TSV的I/O数量最高，其次是WLP、倒装芯片和引线键合。

据TechSearch称，当今约有75%至80%的封装基于引线键合。引线键合主要用于低成本的传统封装、中端封装和内存芯片堆叠。多年来，封装厂增加了焊线产能，但最近在该领域投资不足。2020年末，对引线键合组装的需求猛增，导致产能不足。而这一缺口已经延续到2021 年。

Needham的分析师Charles Shi表示：“几个季度以来，情况一直很紧张。这可以追溯到半导体短缺的情况。重要的不是先进的工艺节点。短缺涉及成熟工艺节点，这些节点往往需要引线键合。这导致了一个大问题。在晶圆厂中，成熟工艺节点的产能不足。另一方面，引线键合产能也不足。这两者相互关联，因为采用成熟工艺制造的芯片通常会进行引线键合。”

引线键合机用于制造多种封装类型，例如四方扁平无引脚封装（QFN）。QFN属于封装的引线框架组。引线框架是金属框架。在生产过程中，将芯片连接到框架上，并使用细线将引线连接到芯片。

“和其他人一样，我们看到了短缺和交货时间的延长，特别是在材料方面，这影响了多项技术。例如，我们为晶圆背磨机的研磨刀片等待的时间要长得多，引线框架的交货时间增加了两倍，”Rosie Medina说。“我们增加了新的焊线机，这提高了我们执行粗线和带式键合的产能和能力。我们还推出了定制基板开发业务。我们一直在稳步增加员工人数并延长轮班时间以满足客户需求。”

其他公司也同样试图在短缺情况下保持领先地位。“引线键合短缺的主要原因是供应链对芯片和材料的限制。到目前为止，Amkor正在减小这种短缺造成的影响，”Amkor引线键合/电源与汽车业务部高级副总裁Siva Mohandass说。

尽管如此，获得引线键合设备仍然具有挑战性。分析师表示，今年早些时候，引线键合的交货时间为10到12个月，目前，交货时间约为3至6个月。

除了引线键合，倒装芯片的需求也很强劲。倒装芯片用于开发BGA和其他封装类型。在倒装芯片工艺中，铜凸块或铜柱焊在芯片顶部。该器件被翻转并安装在单独的芯片或板上。凸块落在铜焊盘上。“倒装芯片需求强劲，产能增加了很多”，Charles Shi说，“倒装芯片设备的交货时间并不像引线键合机那么糟糕。这说明倒装芯片的产能肯定很紧张，但没有引线键合那么紧张。”

先进封装工具需求

与此同时，扇出型封装（WLP的一种）在智能手机、手表和其他产品中越来越受欢迎。在扇出型封装的一个示例中，DRAM芯片堆叠在逻辑芯片上。

TSV用于高级2.5D/3D封装，针对高端系统。在2.5D/3D中，管芯堆叠或并排放置在中介层的顶部，中介层包含TSV。TSV提供了从管芯到电路板的电连。

高性能计算封装的不同选项，基于中介层的2.5D vs扇出基板上芯片 (FOCoS)

图源：Semiconductor Engineering

AMD、英特尔和其他公司一直在使用小芯片模型开发新的类似3D的封装。对于小芯片，芯片制造商可能在库中拥有模块化芯片菜单。然后，客户可以混合搭配小芯片并将它们集成到现有封装类型或新架构中。

“因此，可以通过使用具有最佳性能和本工艺节点的最佳处理器组件来优化系统，”Brewer Science的高级项目经理Xiao Liu说。

使用这种方法，英特尔正在堆叠裸片并使用细间距铜凸点将它们连接起来。这是使用称为“热压结合”（TCB）的系统完成的。

对TCB系统的需求正在回升。“截至2021年2月， ASM Pacific在全球共运送了250个TCB系统，我们估计其中大部分都被送到了英特尔，”Charles Shi说。Besi、K&S和其他公司也销售TCB系统。

同时，AMD正在实施一种称为铜混合键合的新技术，该技术使用铜对铜互连而不是凸点，用于比传统封装具有更多I/O的更细间距封装。

AMD将使用台积电的混合键合技术。Charles Shi表示，台积电正在其位于中国台湾的新工厂内安装Besi的混合键合设备。“大约一两年后，混合键合设备市场有望起飞，”Shi说， “Besi 宣布，该公司正在马来西亚建造一家专门生产混合键合系统的新工厂。工厂的设计产能为每月12-15个系统，或每年150个系统。”

结语

芯片以及封装供应链是十分复杂的，影响因素众多。所有这一切都让各家公司的采购团队在现在和可预见的未来忙得不可开交，封装设备交付已经成为了产业链供需平衡度的晴雨表。（隐德莱希）

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