2017封测年会笔记:物联网时代的先进封装

2017封测年会笔记:物联网时代的先进封装,第1张

2017年中国半导体封装测试技术与市场年会已经过去一个月了,但半导体这个需要厚积薄发的行业不需要蹭热点,一个月之后,年会上专家们的精彩发言依然余音绕梁。除了“封装测试”这个关键词,嘉宾们提的最多的一个关键词是“物联网”。因此,将年会上的嘉宾观点稍作整理,让我们再一起思考一下物联网时代的先进封装。

智能手机增速放缓

半导体下游市场的驱动力经历了几个阶段,首先是出货量为亿台量级的个人电脑,后来变成十亿台量级的手机终端和通讯产品,而从2010年开始,以智能手机为代表的智能移动终端掀起了移动互联网的高潮,成为最新的杀手级应用。回顾之前的二三十年,下游电子行业杀手级应用极大的拉动了半导体产业发展,不断激励半导体厂商扩充产能,提升性能,而随着半导体产量提升,半导体价格也很快下降,更便宜更高性能的半导体器件又反过来推动了电子产业加速发展,半导体行业和电子行业相互激励,形成了良好的正反馈。但在目前, 智能手机的渗透率已经很高,市场增长率开始减缓,下一个杀手级应用将会是什么?

物联网可能成为下一个杀手级应用

根据IHS的预测,物联网节点连接数在2025年将会达到700亿。

从数量上来看,物联网将十亿量级的手机终端产品远远抛在后面,很可能会成为下一波的杀手级应用。但物联网的问题是产品多样化,应用非常分散。我们面对的市场正从单一同质化大规模市场向小规模异质化市场发生变化。对于半导体这种依靠量的行业来说,芯片设计和流片前期投入巨大,没有量就不能产生规模效应,摊销到每块芯片的成本非常高。

除了应对小规模异质化的挑战, 物联网需要具备的关键要素还包括 :多样的传感器(各类传感器和Sensor Hub),分布式计算能力(云端计算和边缘计算),灵活的连接能力(5G,WIFI,NB-IOT,Lora, Bluetooth, NFC,M2M…),存储能力(存储器和数据中心)和网络安全。这些关键要素会刺激CPU/AP/GPU,SSD/Memory,生物识别芯片,无线通讯器件,传感器,存储器件和功率器件的发展。

物联网多样化的下游产品对封装提出更多要求

物联网产品的多样性意味着芯片制造将从单纯追求制程工艺的先进性,向既追求制程先进性,也最求产品线的宽度发展。物联网时代的芯片可能的趋势是:小封装,高性能,低功耗,低成本,异质整合(Stacking,Double Side, EMI Shielding, Antenna…)。

汽车电子的封装需求: 汽车电子目前的热点在于ADAS系统和无人驾驶AI深度学习。全球汽车2016年产销量约为8000万台,其中中国市场产销量2800万台,为汽车电子提供了足够大的舞台。ADAS汽车系统发展前景广阔,出于安全考虑,美国NHTSA要求从2018年5月起生产的汽车需要强制安装倒车影像显示系统。此外,车道偏离警示系统(LDW),前方碰撞预警系统(FCW),自动紧急刹车系统(AEBS),车距控制系统(ACC),夜视系统(NV)市场也在快速成长。中国一二线城市交规越来越严格也使得人们对ADAS等汽车电子系统的需求提升。ADAS,无人驾驶,人工智能,深度学习对数据处理实时性要求高,所以要求芯片能实现超高的计算性能,另外对芯片和模块小型化设计和散热也有要求,未来的汽车电子芯片可能需要用2.5D技术进行异构性的集成,比如将CPU,GPU,FPGA,DRAM集成封装在一起。

个人移动终端的封装需求: 个人消费电子市场也将继续稳定增长,个人消费电子设备主要的诉求是小型化,省电,高集成度,低成本和模块化。比如个人移动终端要求能实现多种功能的模块化,将应用处理器模块,基带模块,射频模块,指纹识别模块,通讯模块,电源管理模块等集成在一起。这些产品对芯片封装形式的要求同样是小型化,省电,高集成度,模块化,芯片封装形式主要是“Stack Die on Passive”,“Antenna in SiP”,“Double Side SiP等。比如苹果的3D SiP集成封装技术,从过去的ePOP &BD PoP,发展到目前的是HBW-PoP和FO-PoP,下一代的移动终端封装形式可能是FO-PoP加上FO-MCM,这种封装形式能够提供更加超薄的设计。

5G 网络芯片的封装需求: 5G网络和基于物联网的NB-IOT网络建设意味着网络芯片市场将会有不错的表现。与网络密切祥光的大数据,云计算和数据中心,对存储器芯片和FPGA GPU/CPU的需求量非常大。通信网络芯片的特点是大规模,高性能和低功耗,此外,知识产权(IP)核复杂、良率等都是厂商面临的重要问题。这些需求和问题也促使网络芯片封装从Bumping &FC发展到2.5D,FO-MCM和3D。而TSV技术的成功商用,使芯片的堆叠封装技术取得了实质性进展,海力士和三星已成功研发出3D堆叠封装的高带宽内存(HBM),Micron和Intel等也正在联合推动堆叠封装混合存储立方体(HMC)的研发。在芯片设计领域,BROADCOM、GLOBAL FOUNDRIES等公司也成功引入了TSV技术,目前已能为通信网络芯片提供2.5D堆叠后端设计服务。

上游晶圆代工厂供应端对封装的影响

一方面,下游市场需求非常旺盛,另外一方面,大基金带领下的资本对晶圆代工制造业持续大力投资,使得上游的制造一直在扩充产能.据SEMI估计,全球将于2017年到2020年间投产62座半导体晶圆厂,其中26座在中国大陆,占全球总数的42%。目前晶圆厂依然以40

nm以上的成熟制程为主,占整体晶圆代工产值的60%。未来,汽车电子,消费电子和网络通信行业对芯片集成度、功能和性能的要求越来越高,主流的晶圆厂中芯和联电都在发展28nm制程,其中台积电28nm制程量产已经进入第五年,甚至已经跨入10Xnm制程。

随着晶圆技术节点不断逼近原子级别,摩尔定律可能将会失效。如何延续摩尔定律?可能不能仅仅从晶圆制造来考虑,还应该从芯片制造全流程的整个产业链出发考虑问题,需要 对芯片设计,晶片制造到封装测试都进行系统级的优化。 因此, 晶圆制造,芯片封测和系统集成三者之间的界限将会越来越模糊。 首先是芯片封测和系统集成之间出现越来越多的子系统,各种各样的系统级封装SiP需要将不同工艺和功能的芯片,利用3D等方式全部封装在一起,既缩小体积,又提高系统整合能力。Panel板级封装也将大规模降低封装成本,提高劳动生产效率。其次,芯片制造和芯片封测之间出现了扇入和扇出型晶圆级封装,FO-WLP封装具有超薄,高I/O脚数的特性,是继打线,倒装之后的第三代封装技术之一,最终芯片产品具有体积小,成本低,散热佳,电性能优良,可靠性高等优势。

先进封装的发展现状

先进封装形式在国内应用的越来越多,传统的TO和DIP封装类型市场份额已经低于20%,

最近几年,业界的先进封装技术包括以晶圆级封装(WLCSP)和载板级封装(PLP)为代表的2.1D,3D封装,Fan Out WLP,WLCSP,SIP以及TSV,

2013年以前,2.5D TSV封装技术主要应用于逻辑模块间集成,FPGA芯片等产品的封装,集成度较低。2014年,业界的3D TSV封装技术己有部分应用于内存芯片和高性能芯片封装中,比如大容量内存芯片堆叠。2015年,2.5D TSV技术开始应用于一些高端GPU/CPU,网络芯片,以及处理器(AP)+内存的集成芯片中。3D封装在集成度、性能、功耗,更小尺寸,设计自由度,开发时间等方面更具优势,同时设计自由度更高,开发时间更短,是各封装技术中最具发展前景的一种。在高端手机芯片,大规I/O芯片和高性能芯片中应用广泛,比如一个MCU加上一个SiP,将原来的尺寸缩小了80%。

目前国内领先封装测试企业的先进封装能力已经初步形成

长电科技王新潮董事长在2017半导体封装测试年会上,对于中国封测厂商目前的先进封装技术水平还提到三点:

SiP 系统级封装: 目前集成度和精度等级最高的SiP模组在长电科技已经实现大规模量产;华天科技的TSV+SiP指纹识别封装产品已经成功应用于华为系列手机。

WLP 晶圆级封装 :长电科技的Fan Out扇出型晶圆级封装累计发货超过15亿颗,其全资子公司长电先进已经成为全球最大的集成电路Fan-In WLCSP封装基地之一;晶方科技已经成为全球最大的影像传感器WLP晶圆级封装基地之一。

FC 倒装封装: 通过跨国并购,国内领先企业获得了国际先进的FC倒装封装技术,比如长电科技的用于智能手机处理器的FC-POP封装技术;通富微电的高脚数FC-BGA封装技术;国内三大封测厂也都基本掌握了16/14nm的FC倒装封装技术。

在过去的2021年中,半导体产业当中又发生了很多故事——在全球产业链升级的情况下,作为未来 科技 发展核心的半导体产业并没有摆脱国际贸易局势的影响,为了抢占新时代的先机,半导体企业之间的竞争越发激烈;受疫情影响,远程办公类相关的半导体产品需求量大增,数据中心市场开始加速发展;“碳达峰”、“碳中和”目标的提出,带火了新能源领域,新能源 汽车 前景被看好,拉动了新能源 汽车 半导体产业的发展;缺芯、缺产能的情况笼罩了2021年全年,一封封涨价函从年初一路飘到了年尾;国内优质的半导体企业纷纷登陆科创板;在这种大背景下,国内半导体产业的发展引起了全 社会 的重视。

在国内半导体产业繁荣的同时,本土半导体企业也迎来了丰收。从国内市场来看, 根据芯谋研究的统计显示,中国2021年设计业总营收预计为476亿美元,同比增长7.5%。

进入到新的一年后,政策、疫情等外部情况都进入到平稳、可预测的中期阶段,对于国内半导体产业来说, 2022年半导体产业的增长点和关注点在哪里? 芯谋研究是一家多年来专注于国内半导体产业发展研究的专业咨询机构,拥有二十余位高级分析师深耕于从产业整体发展以及半导体产业链中的各个环节,涉及市场端、需求端、供应端,已在行业当中形成了很大的影响力。 芯谋研究的分析师们又是怎样看待2022年国内半导体产业的发展?

在本篇文章当中,来自 芯谋研究的分析师们将聚焦于2022年国内半导体产业整体发展情况、国内各地方半导体产业发展情况、国内半导体产业链各环节的发展情况进行分析,希望能够为国内半导体产业的 健康 发展提供帮助。

芯谋首席分析师顾文军:2022年国内芯片制造领域的六大关注焦点

芯谋研究首席分析师顾文军认为,从整体上看,今年国内半导体产业发展还会保持向上的趋势。就目前产业最关心的芯片制造领域上看,8吋芯片产能紧张的局势在2022年仍旧会持续,但12吋部分工艺节点的产能将会逐渐好转,在市场需求的推动下,国内芯片制造产业将会保持10%以上的双位数增长。在这种大趋势之下,以下六点产业变化更值得产业关注:

第一,需要高度关注美国对中国半导体产业的新动作。 中美两国围绕着半导体产业的较量一直在持续。产业需要着重注意的是,在2022年美国中期选举的过程中,美国政客会为了塑造强硬的形象,而将矛头再次指向中国,并向中国的相关企业再次举起制裁的大棒。这其中需要关注两类企业,一类是对于中芯国际这类已经被制裁的企业,美国对于他们的制裁政策是否会继续收紧;另一类是在半导体产业当中声势渐起的国内龙头企业,包括存储领域的企业是否会收到美国“黑名单”警告。

第二,需要高度关注日本在半导体材料、设备方面对中国的限制。 需要警惕的是,在中美围绕着半导体产业进行竞争的过程当中,美国可能会施压及联合他的盟友日本,针对日本的优势领域——半导体材料和设备方面对中国半导体产业发展进行限制,产业要重视这种苗头的出现,未雨绸缪做好相应的准备。

第三,需要关注芯片制造领域的合资企业。 近些年来,芯片制造领域出现了一些以合资模式成立的企业,包括与美国、日本、韩国、中国台湾的境外资本或企业共同创立的合资公司。尤其要关注的是这种类型的合资公司是否会成功上市,如果他们能够实现了这一目标,会为半导体领域的合资公司提供了一个样本,继而将会引得更多的境外公司瞄准上市的机会在大陆投资,与国内地方政府合作成立合资公司。久而久之,则会形成境外做高端、境内做低端的局面,对中国半导体制造企业造成两面夹击的态势。

第四,要关注新主体的发展新动态。 在2021年被爆出了一些烂尾项目引起了产业的重视,由此导致了一些政策的收紧。在这种情况下,新主体开始扩张并受到了产业的注意。新主体的出现,加剧了“抢人才”现象的丛生,为了将挖人才落到产业发展实处,国内已针对“抢人才”热潮做出了相应的指导。因此,在2022年当中,需要关注的是,国内政策对眼下“野蛮生长”的半导体产业做出的进一步指导,在“无序”中建立有序发展。同时,产业也要关注在这个过程当中,是否会催生出更多的新主体。如果由此催生的新主体数量在不断攀升,是否会有新政策的出台。

第五,需要关注国内芯片制造领域的民营企业发展。 2021年国内对芯片制造领域的政策出现了一些收紧,但是由于市场需求不减,使得资本对芯片制造领域的投资热情不灭,尤其是伴随着芯片制造步入由8吋转12吋的阶段,使得与该领域发展相关的民营企业受到了产业的资本关注。故而,在2022年当中,包括浙江富芯、广州增芯、合肥耐威、卓胜微、荣芯半导体在内的国内民营芯片制造企业的发展更需产业的关注。

第六,需要关注国内代工企业在车规级工艺上的突破。 2021年芯片产能紧缺的情况在 汽车 芯片领域爆发,在这个过程中,国内也有不少企业投入到了车规级芯片制造的研究当中,值得重视的是,2022年国内代工企业在车规级芯片工艺上的突破。

芯谋研究总经理景昕:国内各地方半导体产业发展路径逐渐清晰

芯谋研究总经理景昕表示,在多年的 探索 下,包括北京、上海、广东等地区成为了国内半导体产业发展的主要高地,其中,北京已逐渐确立了海淀、大兴亦庄、顺义三大半导体产业空间布局;上海正在加速形成“一体两翼”的半导体产业链发展格局;广东正在努力打造成为半导体产业创新高地和我国半导体产业第三极。从 历史 发展上看,这些省市发展半导体产业继承了环黄渤海、长三角、珠三角的传统优势,而在被列为十四五重大产业布局的规划后,这些地方也在半导体产业方面有了更大的发展空间。

2021年是“十四五”规划的开局之年,2022年则进入到了重要实施和快车道领域内的一年。就半导体领域来说,未来一年,龙头型企业将在扩产的潮流下继续向规模化方向发展,着力推进半导体产业的平台化建设;中小型企业则会向专精特新方向发展,增加对产业链的附加值,对产业链发展形成重要支撑。

芯谋研究作为国内中国半导体产业的一份子,以“为芯谋天下”为使命,为全国多地半导体产业的发展提供了支撑,为地方提供了产业规划、招商规划、项目尽调、产业活动等服务。

芯谋研究总监王笑龙:警惕国内半导体产业发展潜在的变数

芯谋研究总监王笑龙认为,在2022年当中,需要关注国内半导体产业上市公司的变化,尤其是科创板上市企业对国内半导体产业潜在的影响。2019年7月正式开市的科创板为国内半导体产业点燃了一把火。至今为止,科创板即将走过三年,手握这些企业股权的核心高管们也迎来了三年股权解禁时刻。随着这个时间节点的到来,核心高管们对这些可变现股权的处理是产业需要关注的。这些解禁资金的流向,或许会成为新一轮国内半导体发展的基础——核心高管们可能会拿着这笔变现的资金进行创业,由此会促进国内半导体产业的新发展高潮。

除此之外,就国内半导体产业大环境而言也存在着一些变数,芯片缺货情况已经得到了一定程度上的缓解,但个别产品以及囤货的市场行为还会使得缺货的现象延续一段时间。

经台积电测算,理论上代工厂对 汽车 芯片的供给量可以满足市场需求,但个别从业人员的囤货炒货行为扰乱了市场的秩序。究其背后的原因是 汽车 芯片使用周期长,尤其在行业景气时,在利益的驱使下,以代理模式为主的 汽车 芯片代理公司中就会出现一些以“利益至上”为信条的员工,这些员工的囤货行为为本就缺货的 汽车 芯片市场增加了风险。而更大的危机是,在Tire 1厂商拿不到货的情况下,车厂减产计划使得芯片需求量降低,在达到某个供需临界点时,这些员工一旦开始抛售 汽车 芯片,就很有可能会冲击芯片原厂的生意。

芯谋研究总监宋长庚:国内芯片设计企业可能出现分化

芯谋研究总监宋长庚表示,2021年中国半导体设计产业取得了非凡的成绩,许多公司业绩翻倍增长,行业总体增长超过50%。这其中既有国产替代大背景下需求的增长推动,也有产能紧张导致的全产业链涨价的因素。2022年,国内芯片设计企业可能出现分化:随着产能紧张的部分缓解,已经取得客户认可的企业和产品乘胜追击,稳固供应链,扩大市场份额;尚未抓住机遇的企业在供应链保障、客户开发等方面则可能面临更大困难。

就芯片设计企业的增长市场来看,存储器、功率器件、MCU等产品将会继续保持高速增长,新能源 汽车 领域主机企业加强与芯片企业的直接合作,会为国产芯片带来新的机会。

芯谋研究总监李国强:2022年功率IC市场保持基本稳定

芯谋研究总监李国强认为,全球半导体产业去库存和市场竞争等多因素影响下,同时市场需求没有明显增长,因此2022年功率IC市场保持基本稳定,不会再出现2021年的高速增幅。

芯谋研究副总监谢瑞峰:国内先进封装和传统封装市场出现两极化发展

芯谋研究副总监谢瑞峰认为,就国内半导体封测产业来看,该产业整体规模将继续上扬,主要是半导体整体景气度较高,国内设计业高速发展带来的增量需求巨大。但2022年半导体封测增速会小于2021年,2022年随着芯片整体供需逐步走向平衡,封测产能供需也将走向平衡,2021年的增速里包含涨价的成分,2022年再涨价的概率较小。

在先进封装领域,先进封装仍然火热,大量资本投入到先进封装中,主要是射频、CIS、存储器等方面封测需求快速增长,整体市场仍然向好。但传统封装可能转向供过于求,传统封装产能形成周期较短,当前已经出现一定程度的产能松动,明年有可能供需形势反转。

另一方面,封测设备材料企业实力持续增强。国产封装基板产业规模及竞争力进一步加强,随着国内诸多项目的量产,叠加本轮缺货中封测大厂对国产材料的支持,国内半导体封测产业的整体生态实力将持续提升。

芯谋研究将在《2022年国内半导体产业展望(下)》中,对国内半导体产业链各个环节的发展进行更细致的探究,包括对国内半导体设备和材料、化合物半导体产业、EDA产业等细分领域发展进行分析展望,敬请关注。

由中国电子信息产业发展研究院、中国半导体行业协会、中国科学院微电子研究所等单位主办的2020第三届半导体才智大会在南京举行。

在大会上,由中国电子信息产业发展研究院联合中国半导体行业协会、安博教育集团等单位编制的《中国集成电路产业人才白皮书(2019—2020年版)》发布。白皮书指出,我国集成电路人才在供给总量上仍显不足,到2022年,芯片专业人才缺口仍将近25万。

扩展资料

2020第三届半导体才智大会上,由中国电子信息产业发展研究院联合中国半导体行业协会、示范性微电子学院产学融合发展联盟、中国国际人才交流基金会、国际半导体产业协会(SEMI)、安博教育集团等单位编制的《中国集成电路产业人才白皮书(2019-2020年版)》正式发布。

作为本次第三届半导体才智大会的分论坛,由安博教育集团、中科院微电子研究所南京智能技术研究院主办的“集成电路产业教育与培训论坛”汇集了来自教育界和产业界的行业精英及专家学者,共同探讨以产教深度融合方式开启IC人才培养格局。

参考资料来源:百度百科-2020第三届半导体才智大会


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