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。

半导体生产流程由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试组成。半导体封测是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。

封装过程为:

来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后,被切割为小的晶片,然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板(引线框架)架的小岛上,再利用超细的金属(金、锡、铜、铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘连接到基板的相应引脚,并构成所要求的电路;然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护。

塑封之后,还要进行一系列 *** 作,如后固化、切筋和成型、电镀以及打印等工艺。封装完成后进行成品测试,通常经过入检、测试、和包装、等工序,最后入库出货。

典型的封装工艺流程为:划片 装片 键合 塑封 去飞边 电镀 打印 切筋和成型 外观检查 成品测试 包装出货。

半导体封装测试的形式:

半导体器件有许多封装形式,按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技术指标一代比一代先进。

半导体封装经历了三次重大革新:

1、在上世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装,它极大地提高了印刷电路板上的组装密度。

2、在上世纪90年代球型矩阵封装的出现,满足了市场对高引脚的需求,改善了半导体器件的性能。

3、芯片级封装、系统封装等是现在第三次革新的产物,其目的就是将封装面积减到最小。

半导体封测设备:受益下游扩产、先进封装发展及芯片复杂性提升,景气向上

1) 半导体封测设备2017年全球销售额近60亿美元,增长3.3%。趋势来看,有望启动新一轮景气周期,未来2-3年进一步增长。

2) 除周期因素外,封装设备的增长驱动因素为:a。国内晶圆厂兴建引导封测企业增加产能,加大封测设备投资;b。先进封装发展促进新的封装设备购置;c。 芯片复杂性和下游应用多样性的增加促进测试设备的需求增长。

半导体封测行业:近10年销售额复合增长15%,先进技术+海外并购

1) 近10年全球封测销售额复合增长15%。封测在国内半导体产业链中占比最大(约35%),国产化率最高,是产业链中最具国际竞争力的环节。

2) 通过海外并购整合,中国大陆封测市场迅速壮大,市场份额跃居全球第二。

3) Yole预测中国到2020年先进封装的年复合增长率将达到18%,国内封测企业不断在先进封装技术领域加强研发力度加快布局。

4) 半导体封测技术:封装技术正从传统的引线键合向倒装芯片、硅通孔、扇入/扇出型晶圆级封装等先进封装技术演进,集成度持续提升。

半导体封测设备:受益晶圆扩产规模增加,设备国产化空间巨大

1) 受晶圆厂扩产推动,长电科技与华天科技等封测龙头宣布扩产,封测企业也将进入新一轮资本开支周期,上游封测设备企业将直接受益。

2) 半导体封装设备龙头ASMP(市占率25%);测试设备龙头泰瑞达(市占率48%)、爱德万(市占率39%),中国企业市场份额有很大提升空间

全球封装设备龙头ASMP:近10年来营业收入复合增速17%

1) 全球半导体封装设备龙头,业绩持续增长,盈利能力维持高位:市值近330亿元人民币,近10年营收复合增速17%。2017年ASMP实现销售收入147亿元人民币,同比增加15%;实现净利润23.53亿元,同比增长80%。主营业务中的后工序业务和SMT解决方案业务连续多年全球市占率第一;2017年整体毛利率达到40%新高。

2) 专注半导体封装领域,研发投入规模维持高位:高强度研发投入保障产品巩固市场地位、紧跟前沿需求,2012年来研发费用占营收比例均高于8%。

3) 持续并购获取外部资源保持成长性:2010年和2014年公司先后收购SEAS表面贴装业务和DEK印刷机业务,进入表面贴装SMT领域。2018年,收购NEXX与AMICRA纳入后工序设备业务分部。

4) 顺应半导体产能转移趋势全球布局:ASMP紧盯下游产能转移灵活布局,切入中国市场,2017年在中国大陆的营收占比42.6%,有稳步上升趋势。

重点关注:ASMP、美国泰瑞达、日本爱德万、长川科技、精测电子

1) ASMP(0522.HK):全球半导体封装设备龙头,产品优势明显。

2) 美国泰瑞达(TER.N):全球半导体测试设备龙头,市值约550亿人民币。

3) 日本爱德万(6857.T):日本半导体测试设备龙头。

4) 长川科技(300604):国内测试设备龙头企业,有望率先实现进口替代。

5) 精测电子(300567):面板领域检测设备龙头,成功切入半导体检测设备。

我们战略看好半导体封测设备行业。重点关注ASMP、美国泰瑞达、日本爱德万、长川科技、精测电子。

风险提示:半导体行业扩产进度不及预期 ,设备进口替代进展不及预期。


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