Yole:先進(jìn)封裝已成為半導(dǎo)體創(chuàng)新的關(guān)鍵

經(jīng)過了這些年的厚積薄發(fā)，先進(jìn)封裝行業(yè)已進(jìn)入最令人興奮的階段。

在摩爾定律放慢的時(shí)代，當(dāng)先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)不再能帶來理想的成本效益，并且對(duì)新光刻解決方案和7nm以下節(jié)點(diǎn)的器件的研發(fā)投資大幅增加時(shí)，先進(jìn)封裝代表著增加產(chǎn)品價(jià)值的機(jī)會(huì)（以更低的成本獲得更高的性能）。

在我們看來，先進(jìn)封裝無論是在擴(kuò)展路線圖，還是在功能路線圖方面均具有優(yōu)勢(shì)。在摩爾定律放緩的前提下，為了達(dá)到更好的集成，先進(jìn)封裝進(jìn)入了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)中包括大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器（如大數(shù)據(jù)，人工智能，5G，高性能計(jì)算（HPC），物聯(lián)網(wǎng)（包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)），智能汽車，工業(yè)4.0和數(shù)據(jù)中心。

在Yole 看來，支持這些大趨勢(shì)所需的電子硬件需要高計(jì)算能力，高速，高帶寬，低延遲，低功耗，更多功能，更多內(nèi)存，系統(tǒng)級(jí)集成，各種傳感器，最重要的是低成本。為此這些新趨勢(shì)將給各種封裝平臺(tái)創(chuàng)造商機(jī)，而先進(jìn)的封裝技術(shù)非常適合滿足各種性能要求和復(fù)雜的異構(gòu)集成需求。

Yole指出，先進(jìn)封裝已成為半導(dǎo)體創(chuàng)新的關(guān)鍵，其對(duì)于彌合芯片與PCB之間的差距至關(guān)重要。他們指出，半導(dǎo)體行業(yè)正在開發(fā)用于縮放路線圖和功能路線圖的產(chǎn)品。他們表示，即使在7nm工藝以下，只有三個(gè)參與者，并且他們的步伐已經(jīng)放慢，但縮放路線圖也有望繼續(xù)（7納米及以下）。其中，使用異構(gòu)集成并得到先進(jìn)封裝技術(shù)支持的功能路線圖變得更加突出。

實(shí)際上，據(jù)我們觀察得知，先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝可通過增加功能并保持/提高性能，同時(shí)降低成本來增加半導(dǎo)體產(chǎn)品的價(jià)值。

Yole表示，當(dāng)前很多正在開發(fā)的高端、低端芯片都在采用各種各樣的多芯片封裝（multi-die packaging ：系統(tǒng)級(jí)封裝）。在他們看來，這些設(shè)計(jì)將滿足與異構(gòu)集成有關(guān)的功能性能和更緊迫的生產(chǎn)需求。

鑒于每個(gè)客戶要求的定制程度不斷提高，這給封裝供應(yīng)商帶來了巨大壓力。為了滿足下一代硬件性能要求，高級(jí)封裝必須推動(dòng)工藝、材料和設(shè)備的創(chuàng)新。從他們的介紹我們可以看到，先進(jìn)的封裝加速了對(duì)基板制造、封裝組裝和測(cè)試工程中突破性技術(shù)的需求。投資于下一代制造工具的開發(fā)，例如die到die/die到wafer的混合鍵合，熱壓鍵合（thermo compression bonding ：TCB），激光輔助粘合（laser assisted bonding：LAB），面板級(jí)工具和基板UV通孔等技術(shù)，將有助于推動(dòng)高級(jí)封裝的整體增長(zhǎng)。其I / O密度與封裝尺寸的高級(jí)封裝技術(shù)路線圖如下圖所示。

die到die和die到硅片的混合鍵合（Cu-Cu直接鍵合）是用于2.5D / 3D堆疊和異構(gòu)集成的關(guān)鍵新興技術(shù)，它將實(shí)現(xiàn)超細(xì)間距（小于10um）的互連，消除底部填充、UBM和焊料電鍍，大大降低了外形尺寸（高度）。主要參與者已經(jīng)在內(nèi)部開發(fā)了該技術(shù)（例如，TSMC的SoIC）或通過許可XPERI的DBI混合和DBI超混合鍵合技術(shù)（SK Hynix，UMC，Tower Semiconductor等）來實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。在材料方面，這些參與者希望開發(fā)新的介電材料，模塑料，底部填充，焊料互連和TIM，以滿足下一代硬件所要求的嚴(yán)格性能和可靠性要求。

2025年后，先進(jìn)包裝收入將超過傳統(tǒng)包裝收入

2019年總的IC封裝市場(chǎng)規(guī)模約為680億美元。其中先進(jìn)的包裝（AP）約為290億美元。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，這個(gè)市場(chǎng)在2019到2025年間將有望以6.6％的CAGR 成長(zhǎng)，那就意味著到2025年，先進(jìn)封裝的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到420億美元。與此同時(shí)，傳統(tǒng)的封裝市場(chǎng)將以1.9％的CAGR成長(zhǎng)。并且整個(gè)封裝市場(chǎng)將以4％的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR 2019-2025）增長(zhǎng)，并分別達(dá)到430億美元和850億美元。

據(jù)介紹，如果統(tǒng)計(jì)2014年到2025年的復(fù)合年增長(zhǎng)率，則變?yōu)?.1％，為此他們預(yù)測(cè)，先進(jìn)封裝市場(chǎng)的收入將增加一倍以上，從2014年的200億美元增加到到2025年的420億美元。這幾乎是傳統(tǒng)封裝市場(chǎng)預(yù)期增長(zhǎng)的三倍，估計(jì)2014-2025年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為2.2％。

由于受到Covid-19的影響，預(yù)計(jì)2020年AP市場(chǎng)將同比下降6.8％。但是，Yole預(yù)計(jì)該市場(chǎng)將在2021年反彈，同比增長(zhǎng)約14％。隨著大批量產(chǎn)品進(jìn)一步滲透市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2.5D / 3D TSV IC，ED（in laminate substrate）和扇出市場(chǎng)將分別保持21.3％，18％和16％的年復(fù)合增長(zhǎng)率。當(dāng)中表現(xiàn)出色的市場(chǎng)包括移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)和汽車領(lǐng)域的FO；AI / ML，HPC，數(shù)據(jù)中心，CIS和3D NAND中的3D堆疊;，以及在汽車，移動(dòng)和基站中使用ED。

按收入細(xì)分，移動(dòng)和消費(fèi)市場(chǎng)占2019年高級(jí)封裝總收入的85％，并將以5.5％的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2025年占AP收入的80％。電信和基礎(chǔ)設(shè)施收入是增長(zhǎng)最快的細(xì)分市場(chǎng)（約為13％）在AP市場(chǎng)中，

在各種先進(jìn)封裝技術(shù)中，倒裝芯片在2019年約占收入的83％。但是，到2025年，其市場(chǎng)份額將降至約77％，而3D堆疊和扇出的份額將從約5％開始增長(zhǎng)。到2025年，這一比例將在2019年分別提高到10％和7％。3D堆疊和扇出將繼續(xù)以令人印象深刻的CAGR增長(zhǎng)，分別是21％和16％，并且它們?cè)诟鞣N應(yīng)用中的采用率將進(jìn)一步提高。

據(jù)Yole預(yù)測(cè)，3D堆棧市場(chǎng)的增長(zhǎng)主要由3D內(nèi)存（HBM和3D DDR DRAM）、基于2.5D中介層的裸片分區(qū)和異構(gòu)集、3D SoCFoveros、3D NAND和堆疊式CIS所推動(dòng)。隨著來自不同商業(yè)模式的參與者進(jìn)入市場(chǎng)，扇出封裝市場(chǎng)也有望呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。扇入式WLP主要由移動(dòng)設(shè)備主導(dǎo)，其在2019年至2025年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率約為3.2％，

分析OSAT財(cái)務(wù)狀況

查看前25名OSAT的2019年財(cái)務(wù)狀況，發(fā)現(xiàn)前8名與其余參與者之間的差距越來越大。投入大量資金的頂級(jí)OSAT與其他產(chǎn)品形成了差距。如果沒有差異化的技術(shù)或知識(shí)產(chǎn)權(quán)用于合并或收購戰(zhàn)略，那么處于尾部的公司將面臨更高的風(fēng)險(xiǎn)。

在2019年，ASE成為絕對(duì)領(lǐng)先的OSAT，在完成SPIL收購后以137億美元的收入領(lǐng)先于同行，而在與Amkor和JCET等其他OSAT相比，USI在2019年的收入增長(zhǎng)使并沒有受到影響。

據(jù)Yole報(bào)道，ASE在2019年的資本支出約為18億美元。與JCET（$ 503M）和Amkor（$ 472）相比，ASE的指出是其三倍以上，由此可見，彌合差距并非易事。從上述數(shù)據(jù)可以看到，臺(tái)積電封裝方面的營(yíng)收排名第四，收入約為28美元。這主要是因?yàn)樗麄冊(cè)鰪?qiáng)了針對(duì)HPC和5G部署的CoWoS和InFO-x產(chǎn)品。

隨著日月光以創(chuàng)紀(jì)錄的收入和能力上升到新的高度，臺(tái)灣公司在2019年繼續(xù)以55％的市場(chǎng)份額贏得OSAT市場(chǎng)的份額。OSAT總收入從2018年的279億美元增至2019年的281億美元，其中ASE占OSAT總收入的近50％。而ASE，Amkor和JCET占OSAT總收入的74％。

盡管2019年上半年需求疲軟，但2019年OSAT研發(fā)支出從12.9億美元微升至13.1億美元。2019年OSAT的資本支出也保持在2018年水平，約為55億美元。其中前六名的指出都超過 5，000萬美元。由此也可以看到。參與者與其他參與者之間的研發(fā)支出存在巨大差距。

ASE是唯一一家在研發(fā)方面支出超過5億美元的公司。而其中有10家企業(yè)的研發(fā)支出少于1000萬美元。Yole認(rèn)為，要保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，就需要不斷創(chuàng)新技術(shù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，研發(fā)投入較小的參與者將無以為繼。他們的選擇有限：要么加大研發(fā)投入，要么為收購或者被收購做好準(zhǔn)備。

來自不同業(yè)務(wù)模式的參與者正在進(jìn)入高級(jí)封裝業(yè)務(wù)

Yole表示，封裝/組裝業(yè)務(wù)發(fā)生了范式轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)上這是OSAT和IDM的領(lǐng)域。但現(xiàn)在。其他商業(yè)模式（晶圓廠，基板/ PCB供應(yīng)商，EMS / ODM）的參與者正在進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，蠶食OSAT的份額（圖4）。先進(jìn)封裝（AP）正在從封裝基板平臺(tái)轉(zhuǎn)移到硅片，這一轉(zhuǎn)變?yōu)榕_(tái)積電，英特爾和三星等巨頭提供了在AP領(lǐng)域展示實(shí)力的機(jī)會(huì)，成為新AP技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新者。尤其是臺(tái)積電，在開發(fā)創(chuàng)新的先進(jìn)封裝平臺(tái)（從扇出（InFO）到2.5D Si中介層（CoWoS）到3D SoIC）方面已成為領(lǐng)導(dǎo)者。

根據(jù)目前的封裝收入排名，臺(tái)積電在OSAT中排名第四。UMC，SMIC，Global Foundries和XMC等其他代工廠也正在投資先進(jìn)的封裝技術(shù)。同時(shí)，其他頂級(jí)OSAT（例如ASE / SPIL，Amkor和JCET）正在投資各種先進(jìn)的SiP和扇出技術(shù)，以評(píng)估它們的競(jìng)爭(zhēng)并增加其先進(jìn)封裝的市場(chǎng)份額。

SEMCO，Unimicron，AT＆S，Shinko等IC基板和PCB制造商正通過面板級(jí)扇出封裝和有機(jī)基板中的嵌入式die（和無源芯片）進(jìn)入高級(jí)封裝領(lǐng)域。像Google，Microsoft，F(xiàn)acebook，阿里巴巴等軟件公司正在設(shè)計(jì)自己的處理器，以控制系統(tǒng)級(jí)集成和定制以及供應(yīng)鏈直至組裝和封裝級(jí)。富士康和捷普等EMS廠商正在投資組裝和封裝能力，以將價(jià)值鏈上移至更高利潤(rùn)的業(yè)務(wù)。

頂尖的OSAT正在投資于IC測(cè)試能力以占領(lǐng)測(cè)試市場(chǎng)領(lǐng)域。另一方面，諸如KYEC和Sigurd Microelectronics之類的純測(cè)試公司正在通過并購或投資于研發(fā)為他們的服務(wù)產(chǎn)品增加封裝/組裝能力。
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