扇出型封装的新潮流

来源:内容由半导体行业观察(icbank)编译自「semiconductor」,谢谢。

2018年,台积电、三星电子和Powertech Technology Inc. (PTI)在扇出型封装领域的投资占了整个行业资本支出的75%。台积电是一家Foundry厂商,三星电子是一家IDM企业,PTI则是一家OSAT公司。虽然这些参与者的业务模式不同,但是他们都在扇出型封装上有所投入,只是他们扇出型封装的解决方案和策略有所不同。这种差异不仅导致扇出型封装在高端和低端应用上有所分化,而且在面板级和晶圆级之间也存在着不可避免的成本与性能之争。

从2019-2024年,扇出型封装市场价值预计将以19%的复合年增长率(CAGR)增长,达到3.8亿美元。大多数业内人士都对扇出型封装的增长保持乐观,认为未来其生产率将较目前水平有大幅提高。例如,增加的资本支出和研发支出将使新的扇出型封装在5G和高性能计算(HPC)应用中得到采用。供应商很依赖这几家主要制造商来推动扇出型封装的强劲增长。他们都有望通过更多突破来向前迈进。此外,中国的OSAT在投资扇出型封装上也处于有利位置。

设备和材料市场收入预测

在主流封装市场当中,扇出型封装仍然是一个相对较小的市场,但它却可以涵盖高端高密度的扇出封装和低端核心扇出封装的应用。从历史上看,扇出型封装对于电源管理集成电路(PMICs)、射频(RF)收发器、连接模块、音频/编解码器模块、雷达模块和传感器等应用是必不可少的。苹果公司的应用处理器引擎(APE)采用了台积电的inFO-PoP平台,推动了扇出型封装的普及。但就目前市场形势而言,行业对扇出型封装的热情已经不像台积电/苹果(Apple)热潮期间那么高涨了。但是,在高密度扇出型封装中,台积电是唯一的领导者,它不仅将inFO用于APE,还将其扩展到了令人振奋的新技术中。如用于第五代(5G)无线通信的天线封装技术和用于高性能计算的信息基板。因此,扇出型封装仍然保持了其先进性,成为AiP,HPC和系统级封装(SiP)等主流应用程序的主要选择。按照这种发展,预计扇出型晶圆封装(WLP)的产能将继续扩大。自2016年以来,三星SEMCO和PTI一直在以不同的策略积极追赶。SEMCO在2018年实现了一个新的里程碑,三星在其Galaxy智能手表上采用了最新的扇出型面板级封装(PLP) APE-PMIC。此外,PTI公司已经开始为联发科的PMIC和音频收发器生产FOPLP。展望未来,制造商在扇出型封装上的投资在短期内将是温和的,长期内则将是强劲的。无论如何,新的大批量应用有望推动扇出型封装市场空间的进一步增长。

根据新增产量带来的新销售额,扇出型封装的设备和材料收入预计将从2018年的2亿美元增长到2024年的7亿美元,复合年增长率超过20%(图1)。受到市场环境的影响,有一些生产商消减了2019年的增长预测,用于扇出型封装的投资也相应地有所减少。不过,设备和材料供应商在扇出型封装供应链中处于有利地位,可以从长期增长中获得业务。从长远来看,大趋势驱动的需求有望为推动扇出型封装设备和材料的收入。

图1所示,在CAGR超过20%的情况下,用于扇出型封装的设备和材料收入预计将从2018年的2亿美元增长到2024年的7亿美元。

FOPLP与FOWLP

扇出型封装供应商正努力解决降低成本和获得投资回报(ROI)之间的矛盾。如果采用FOPLP,FOWLP供应商会担心成本价格战,最终使市场供不应求。由于Core FOWLP正显露出产能利用不足的迹象,厂商将要面临投入FOPLP还是FOWLP的选择。随着FOPLP进入市场,供应过剩的风险越来越被人们所认知。然而,由于终端客户对扇出型封装低成本的要求,FOPLP的投资动力更足。因此,一些扇出型封装厂商仍保持观望状态。在这个十字路口,他们宁愿从确定的业务中降低获利,也不愿接受可能涉及更大投资损失的不确定性。

FOWLP的供应商无法阻止FOPLP供应商参与到市场的竞争。与能支持面板级制造的印刷电路板市场规模相比,扇出型封装市场相对较小。这迫使FOWLP厂商转向更高端的市场,而这是FOPLP技术在短期内无法实现的。例如,随着高密度扇出封装应用范围的扩大,台积电的FOWLP供应链有望进一步扩大。

与2018年相比,虽然参与FOPLP技术的厂商增加,但2019年FOPLP的生产渗透率却有所下降。2019年,FOPLP供应商预计将缓慢扩张,更多的玩家将采用面板封装。目前,这一需求量还不足以证明对面板级封装的进一步投资是合理的,特别是现有Core FO的产能利用已经不充足。然而,从长远来看,FOPLP的扩张预计会增加,因为新的参与者正在推动低成本的扇出型封装进入市场。此外,SEMCO和PTI也已经证明了扇出型面板级封装在技术上是可行的。从2018年到2024年,FOWLP设备在扇出型封装设备和材料市场的份额预计将下降12%。另一方面,FOWLP materials、FOPLP equipment和FOPLP materials的份额预计都将分别增长4%(图2)。

图2:从2018年到2024年,FOWLP设备在扇出型设备和材料市场的份额预计将下降12%。另一方面,FOWLP materials、FOPLP equipment和FOPLP materials的股份都有望分别增长4%。

主要扇出型封装制造商的动作

现致力于实现FOWLP封装商业化的OSAT包括ASE、Amkor、JCET(包括STATS ChipPAC和江阴长电先进封装(JCAP))、Deca和Nepes。追求扇出封装技术的OSAT还包括Amkor Korea、ASE、Deca、Huatian和Siliconware Precision Industries Ltd (SPIL)。越来越多的OSAT参与到FOWLP中;它们是Core FO的主要贡献者,尽管他们的发展水平不同,但它们都是以批量生产为目标的。

FOWLP供应链更简单,它由在半导体行业有经验的参与者所控制。与倒装芯片球栅阵列(FCBGA)不同,它需要设计层面上的合作。FOWLP涉及中端基础设施中封装,组装和测试的简化和整合,而生产成本主要在晶圆厂中。FCBGA需要基板供应商和晶圆厂的产能,以进行再分布层(RDL),晶圆凸块以及组装和测试。相比之下,FOWLP只需要组装、RDLs晶圆厂和晶圆凸点测试。因此,FOWLP带来了价值链的转移。

自2016年以来,台积电一直是高密度扇出封装的唯一贡献者,它采用了独特的策略(图3)。台积电不仅是前端(FE)的先进代工厂,还是后端(BE)的高端封装厂。这种商业模式将继续创造新的价值。台积电的InFO为苹果iPhone封装高端APE,因此高密度扇出型封装这种新市场出现了。InFO-oS技术现已用于小批量制造(LVM)中的HPC,还为服务器开发了InFO-MS(基板上的内存),也为5G开发了InFO-AiP。

图3:台积电、三星电子和Powertech Technology Inc.是扇出型封装领域的三家关键企业。

SEMCO是第二大扇出型封装的竞争者,这也是三星电子IDM模式中的一部分。三星在设计,内存,逻辑,封装,芯片组组装和最终产品方面发挥了重要作用,因此可以在其内部推动扇出型封装的突破。作为三星集团的一部分,SEMCO要贡献差异化但成本低廉的技术。在2018年,SEMCO通过为三星Galaxy Watch推出具有扇出型嵌入式面板级封装(ePLP)PoP技术的APE-PMIC设备,实现了新的里程碑。SEMCO将继续为具有成本效益的高密度扇出封装进行创新,以便再次与台积电竞争苹果的封装和FE业务。在未来的几年中,SEMCO的高密度扇出封装有望首先在三星的智能手机中使用。除了,SEMCO和三星电子之间的重组可能有利于三星成为FE + BE整体解决方案的提供商。这将助力SEMCO与台积电争夺苹果APE和封装业务。

目前,PTI已成功获得了联发科技在汽车雷达应用领域的业务。高通公司和联发科将继续以较低的价格向OSAT要求中高端设备。随着新的大趋势应用程序要求更多的功能和更短的路由路径,具有多个die的较大封装(例如处理器与内存的组合)是理想的选择。对于无晶圆厂的公司,IDM和代工厂来说,PTI是一个不错的选择,因为它已经是存储器封装方面的专家,并且是FOPLP的推动者。PTI正在投资16亿美元建立一个新的FOPLP fab,我们可以期待它在未来几年成为核心FO FOPLP技术的一个具有成本效益的领导者。

技术的演变

扇出封装技术(图4)不仅是解决间距尺寸上的芯片-封装相互作用(CPI)不匹配问题的桥梁;它也是一个可以在所需的封装尺寸和设计中实现功能的异构集成,可能用于5G毫米波以及云数据服务器应用程序的可行性解决方案。

图4. 扇出封装的演变。

芯片优先的扇出解决方案在市场上仍然很成熟。自2009年以来,嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)一直是核心市场上最著名的扇出封装技术。它悠久的历史和经过设备验证的资格为客户提供了信心,因此一直在被采用。它已经被认为是单模封装的成熟工艺,并且可能是嵌入式系统级封装(SiP)制造的良好解决方案,其产品已经嵌入了多个die和众多无源器件。

由于有多个授权商,所以可以进行多源开发。这是为终端客户提供服务的关键,特别是为手机市场等需求大的客户提供服务。重新分布芯片封装(RCP)技术在die shift方面具有更好的性能,因此,光刻步骤更容易,并且分辨率更高。但是,与eWLB相比,它缺乏许可证持有者和成本竞争力。尽管凭借恩智浦产品组合取得了一些成功,但它正在逐渐消失。

台积电一直保持着高密度扇出封装技术的领先地位,并通过大批量生产苹果采用InFO封装的最新APE,进一步推广了该技术。此外,台积电还在为高性能PC应用中的高性能设备推出了InFO- os。扇出天线封装(FO-AiP)已引起扇出封装参与者的兴趣。使用扇出封装,嵌入式RF芯片将受到较少的干扰。以这种方式,可以为FO-AiP创造额外的性能值。此外,扇出封装可以采用TSMC上的内存基板,也可以采用PTI。这将成为2.5D中介层的替代方案。FOWLP的关键技术优势是能够在保持薄型的同时灵活地将芯片集成在一起。它可以取代2.5D中介层在基板上具有精细的线/间距(L / S)FO封装功能。它还可以取代倒装芯片和先进的基板工艺。

PLP必须创建新的生产基础架构,因为前端设备无法为此目的而重复使用。PLP可以利用WLP的知识和基础设施,并采用印刷电路板/平板显示器(FPD)/光伏工业设备来实现。但这并不简单,因为需要进行一些重新设计,但是这种情况正在发生。

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