IC封裝供不應(yīng)求，這四大因素都能要了封測(cè)廠的命？

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IC 需求的意外爆發(fā)正在波及半導(dǎo)體封測(cè)供應(yīng)鏈。

對(duì)芯片需求的不斷上升正在沖擊 IC 封裝供應(yīng)鏈，導(dǎo)致某些類型的封裝、制造能力、引線框和一些設(shè)備的短缺。

IC 封裝供不應(yīng)求的局面今年早些時(shí)候就開始出現(xiàn)了，自那時(shí)起，問題愈演愈烈，到了第三季度和第四季度，供求嚴(yán)重失衡，現(xiàn)在看來，這種局面將持續(xù)到 2018 年。

出現(xiàn)這種局面有若干原因，最主要原因在于 IC 需求意外爆發(fā)，因此客戶需要更多的 IC 封裝產(chǎn)能，但是，IC 封裝工廠已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)法滿足多種封裝類型的需求。

除了 IC 封裝之外，電子板塊的其它產(chǎn)品品類也在這次所謂的“繁榮或超級(jí)周期”中面臨供應(yīng)短缺局面。全球最大的半導(dǎo)體封裝與測(cè)試（OSAT）巨頭先進(jìn)半導(dǎo)體工程公司（ASE）首席運(yùn)營(yíng)官 Tien Wu 表示：“這次究竟是一次超級(jí)周期，還是我們之前從未見過的內(nèi)在擴(kuò)展？在這個(gè)超級(jí)周期中，供應(yīng)不足的情況不絕于耳，包括存儲(chǔ)、OLED、被動(dòng)元件等等。甚至在貼片機(jī)等半導(dǎo)體設(shè)備方面也存在交付時(shí)間拉長(zhǎng)的問題。之所以出現(xiàn)這種情形，一方面是由于產(chǎn)能供應(yīng)有限，另一反面是需求將在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)維持強(qiáng)勁?！?/p>

大多數(shù)元件出現(xiàn)缺貨的原因顯而易見。比如 OLED，蘋果和三星兩家智能手機(jī)巨頭幾乎吞噬了 OLED 屏幕的所有產(chǎn)能。盡管需求不斷上升，DRAM 供應(yīng)商卻一直不愿增加產(chǎn)能，導(dǎo)致 DRAM 成為今年漲價(jià)的急先鋒。NAND 產(chǎn)品則是由于供應(yīng)商生產(chǎn)工藝正從平面型 NAND 向 3D NAND 轉(zhuǎn)型，良率問題導(dǎo)致供應(yīng)不足。

相比之下，集成電路封裝的問題更為復(fù)雜，而且涉及多個(gè)產(chǎn)品市場(chǎng)。

?集成電路封裝行業(yè)的工廠利用率很高，但全球 200 毫米晶圓 bumping 制程的產(chǎn)能存在嚴(yán)重短缺。在晶圓 bumping 工藝中，焊球或銅柱在晶圓上形成，在晶粒與基板之間提供電互連。
?200mm 晶圓 bumping 產(chǎn)能不足影響了智能手機(jī)芯片級(jí)封裝（CSP）和射頻前端模塊等產(chǎn)品的供應(yīng)。
?而且，由于其他原因，四扁平無(wú)引腳（QFN）封裝和晶圓級(jí)封裝需求量大增，導(dǎo)致供應(yīng)緊張。
?對(duì) QFN 的需求導(dǎo)致引線框（leadframes）的交付時(shí)間更長(zhǎng)，引線框是用于 QFN 封裝類型的關(guān)鍵組件。而且，封裝設(shè)備需求也比預(yù)期的要強(qiáng)。

當(dāng)然，并不是所有封裝類型都供不應(yīng)求。但是總體來說，整個(gè) 2017 年半導(dǎo)體封測(cè)的需求一直很強(qiáng)勁，并且將一直持續(xù)到 2018 年。TechSearch International 總裁 Jan Vardaman 表示：”每家封測(cè)工廠都處于滿產(chǎn)狀態(tài)，這段時(shí)期是封測(cè)工廠產(chǎn)能利用率最高的一段時(shí)間。”

不消說，供不應(yīng)求會(huì)影響向客戶的交付時(shí)間。 “這也會(huì)影響那些試圖向市場(chǎng)推出新產(chǎn)品的公司，如果他們的供應(yīng)受到限制，可能會(huì)損害他們的收入，”Vardaman 說： “現(xiàn)在最大的問題是，供不應(yīng)求的局面會(huì)持續(xù)多久？我想，誰(shuí)都無(wú)法給出正確的答案。”

這些趨勢(shì)令客戶擔(dān)憂。提供 IC 封裝和測(cè)試服務(wù)的封測(cè)廠正面臨巨大壓力。這些封測(cè)廠多年來資本不足，大多數(shù)供應(yīng)商沒有足夠的資源來滿足苛刻的客戶群的各種需求。

本文主要研究了 IC 封裝行業(yè)面臨的主要短缺問題，如 bumping 產(chǎn)能、封裝類型、引線框和設(shè)備等。

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Bumping 產(chǎn)能
2017 年突然出現(xiàn)的繁榮周期讓整個(gè)業(yè)界大吃一驚。比如，2016 年年末，世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）預(yù)測(cè)，2017 年集成電路行業(yè)規(guī)模將比 2016 年溫和增長(zhǎng) 3%。但是，這一年來，隨著 DRAM 和 3D NAND 銷售額的激增，WSTS 已經(jīng)多次上調(diào) IC 市場(chǎng)銷售的預(yù)測(cè)。根據(jù)最新的預(yù)測(cè)，該組織預(yù)計(jì) 2017 年半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 4090 億美元，同比 2016 年大幅度增長(zhǎng) 20.6%，2018 年，IC 市場(chǎng)將繼續(xù)將增長(zhǎng) 7％。

IC 封裝供應(yīng)鏈的情況反映了芯片行業(yè)的需求前景。在這次超級(jí)周期中，封測(cè)廠們?cè)?2017 年上半年目睹了傳??統(tǒng)的增長(zhǎng)模式。

但是到了第三季度和第四季度，若干個(gè)板塊的需求開始超預(yù)期增長(zhǎng)。 STATS ChipPAC 公司產(chǎn)品和技術(shù)營(yíng)銷副總裁 Vinayak Pandey 說：“當(dāng)然，智能手機(jī)的需求一直都在。除了移動(dòng)設(shè)備，汽車和網(wǎng)絡(luò)的需求超出了我們的預(yù)期?！?/p>

需求大增導(dǎo)致封測(cè)廠商訂單的激增。目前，封測(cè)廠商的工廠利用率平均都在 80%以上，當(dāng)然有很多類型的封測(cè)產(chǎn)能正在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 “封測(cè)廠商正在全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，”Pandey 說。 “如果有任何額外的需求，交貨時(shí)間就會(huì)越來越長(zhǎng)?！?/p>

產(chǎn)能的緊張表現(xiàn)在好幾個(gè)方面，其中，最大的瓶頸是一種被稱為晶圓 bumping 的成熟制造工藝，尤其是在 200mm 晶圓上。目前，Amkor、ASE、STATS ChipPAC 等公司都提供晶圓 bumping 服務(wù)。

作為交鑰匙服務(wù)的一部分，晶圓 bumping 直接在 200mm 或 300mm 晶圓上進(jìn)行。bumping 本身不是一種封裝類型，它是一種在晶圓上形成微小的焊球或銅柱的制造工藝。

圖 1. 通用 bumping 技術(shù)

通過 bumping，封測(cè)廠商可以開發(fā)出各種封裝類型，比如 CSP、扇出和 Flip-chip BGA。CSP、扇入式和扇出式都屬于晶圓級(jí)封裝（WLP）。WLP 是當(dāng) IC 還在晶圓上時(shí)就對(duì)其進(jìn)行封裝的一種工藝。

圖 2. 傳統(tǒng)封裝與晶圓級(jí)封裝的流程對(duì)比

Flip-chip 是一種互連方案，而不是一種封裝類型。它廣泛應(yīng)用在應(yīng)用處理器、圖形芯片和微處理器中。

在 Flip-chip 中，在硅片上形成微小的凸塊或銅柱。然后，將器件翻轉(zhuǎn)并安裝在一個(gè)單獨(dú)的硅片或電路板上。硅片或電路板包括一些銅焊盤。 凸塊或銅柱落在焊盤上，形成電氣連接。

圖 3. Flip-Chip BGA 封裝

目前，OSAT 廠商已經(jīng)具備了充足的 300mm bumping 產(chǎn)能，但是令人驚訝的是，市場(chǎng)上 200mm bumping 的成熟產(chǎn)能嚴(yán)重短缺。

這個(gè)短缺有幾個(gè)原因。 一段時(shí)間以來，集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì) 200mm 晶圓的芯片需求巨大，導(dǎo)致 200mm 晶圓廠產(chǎn)能嚴(yán)重短缺。

200mm 晶圓業(yè)務(wù)的爆發(fā)拖累了整個(gè)供應(yīng)鏈，當(dāng)然也影響了 OSAT。但 200mm bumping 產(chǎn)能不足主要是由于模擬和射頻器件的巨大需求。Amkor 公司 bump 業(yè)務(wù)高級(jí)副總裁 Kevin Engel 表示：“RF 前端模塊需要更多的凸塊以及越來越多產(chǎn)品從其他封裝類型遷移到 WLCSP 導(dǎo)致了對(duì) 200mm 晶圓 bumping 產(chǎn)能的激增?！?/p>

實(shí)際上，200mm bumping 產(chǎn)能的短缺已經(jīng)導(dǎo)致了 CSP 和 RF 前端模塊的供應(yīng)短缺。射頻前端模塊由手機(jī)中使用的關(guān)鍵射頻元件組成。

圖 4. 標(biāo)準(zhǔn) CSP

模擬 / 射頻芯片制造商正在爭(zhēng)奪 200mm 晶圓 bumping 產(chǎn)能。以前，這些供應(yīng)商選擇了一種使用了被稱為球滴的傳統(tǒng)技術(shù)的封裝類型，這種工藝是在芯片的 I/O 上形成焊球，焊球的尺寸大小為從 150μm 到 200μm。

圖 5. 球滴工藝

“當(dāng)你縮小管腳時(shí)，你需要同步縮減焊球的大小。焊球的尺寸有一定限制，“STATS ChipPAC 的 Pandey 說?！八?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%A8%A1%E6%8B%9F%E8%8A%AF%E7%89%87/">模擬芯片供應(yīng)商都想縮小封裝，并把更多 I/O 集成在器件上。突然之間，他們?cè)僖膊荒苡煤盖蛄?，他們需要一個(gè)更小的凸塊。。”

結(jié)果，許多模擬 / 射頻芯片制造商都從球滴技術(shù)轉(zhuǎn)移到電鍍 bumping 工藝上，這樣可以形成更小的管腳，但是需要更多的工藝步驟，比如電鍍。Pandey 說：“工藝轉(zhuǎn)換帶來的挑戰(zhàn)在于，球滴工藝是一個(gè)相當(dāng)快的過程，但電鍍工藝卻比較耗時(shí)。所以就對(duì)產(chǎn)能產(chǎn)生了挑戰(zhàn)?！?/p>

圖 6. 電鍍凸點(diǎn)工藝

未來一段時(shí)間內(nèi)，200mm 晶圓 bumping 的產(chǎn)能預(yù)計(jì)仍將供不應(yīng)求。過去，OSAT 廠商一直不愿增加 200mm bumping 的產(chǎn)能，但是現(xiàn)在，有些廠商正在改變方向，并計(jì)劃在 2018 年增加更多產(chǎn)能。

在 2019 年，模擬 / 射頻芯片制造商可能會(huì)從電鍍凸塊遷移到銅柱凸塊。今天許多數(shù)字芯片也在使用銅柱凸塊，這意味著未來這種技術(shù)可能會(huì)面臨瘋狂的爭(zhēng)奪。

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某些封裝類型供不應(yīng)求
如上所述，當(dāng)前市場(chǎng)上的 CSP 和 RF 模塊供應(yīng)緊張。其它封裝類型的需求也很高。TechSearch 的 Vardaman 表示：“晶圓級(jí)封裝的強(qiáng)勁增長(zhǎng)仍在持續(xù)，我們還看到系統(tǒng)級(jí)封裝的增長(zhǎng)，以及汽車 IC 封裝的增長(zhǎng)。”

扇入和扇出型等 WLP 封裝的需求非常強(qiáng)勁。 Amkor 公司的 Engel 說：“晶圓級(jí)封裝與 bumping 的情況類似。 行業(yè)內(nèi) 200mm 和 300mm 的整體產(chǎn)能緊張。目前稍有緩和，但供求關(guān)系失衡將在 2018 年達(dá)到頂峰，到時(shí)挑戰(zhàn)性會(huì)更大?！?/p>

大部分需求都集中在傳統(tǒng)扇出封裝，即嵌入式晶圓級(jí) BGA（eWLB）上。 新一代高密度扇出型封裝的需求也在不斷攀升中。目前，臺(tái)積電的扇出型封裝技術(shù)已經(jīng)被蘋果采用。日月光、Amkor、STATS ChipPAC 等公司也正在推出新一代扇出工藝。

令人驚訝的是，QFN- 一種較舊但可靠的封裝類型 - 需求也很火爆。分析師認(rèn)為，英飛凌、恩智浦、Microchip、Silicon Labs、意法半導(dǎo)體和 TI 是推動(dòng) QFN 需求的主要?jiǎng)恿Α?/p>

QFN 和四方扁平封裝（QFP）屬于引線框封裝類型。引線框是由封裝引線和外框的金屬框架。硅片被綁定在框架上，引線通過細(xì)線連接到管腳上。

STATS ChipPAC 公司的 Pandey 表示：“QFN 是目前最便宜的封裝類型，QFN 雖然便宜，但它仍然允許你做一些布線工作?！?/p>

圖 7. QFN 封裝

QFN 的驅(qū)動(dòng)力主要來自兩個(gè)市場(chǎng) - 汽車和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。 他說：“我們現(xiàn)在開始發(fā)現(xiàn)，QFN 正在逐漸走向供需失衡，QFN 的需求無(wú)處不在?！?/p>

更加雪上加霜的是，三星在最新的智能手機(jī)上大量采用了 QFN 封裝。此外，三星智能手機(jī)更多采用了 WLP 封裝，但是由于上一代智能手機(jī)出現(xiàn)了各種各樣的問題，三星決定選擇更加可靠穩(wěn)定的 QFN 取代 WLP 封裝，以保證手機(jī)的可靠性。

相比之下，蘋果在其最新的智能手機(jī)中使用了更多的 WLP，包括扇入和扇出兩種封裝。

同時(shí)，QFN 的強(qiáng)勁需求正在影響用于制造這些封裝的組件供應(yīng)，即引線框。Amkor 公司引線框產(chǎn)品高級(jí)總監(jiān) Prasad Dhond 表示：“QFN 需求強(qiáng)勁，但在可控范圍內(nèi)。自 2017 年第一季度以來，部分供應(yīng)商的引線框出現(xiàn)供應(yīng)緊張局面。由于產(chǎn)能短缺，使用特定粗糙處理的引線框的交付時(shí)間一再拉長(zhǎng)。由于銅原料短缺，其他引線框架供應(yīng)商已經(jīng)推遲了交貨時(shí)間?！?/p>

圖 8. 引線框例子，精密沖壓、高質(zhì)量電鍍、光刻

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引線框的困境
可以肯定的是，引線框業(yè)務(wù)也正在發(fā)生一些變化。SEMI 表示，目前市場(chǎng)上有 40 多家引線框供應(yīng)商，其中包括一些規(guī)模在 1000 萬(wàn)美元至 4000 萬(wàn)美元范圍內(nèi)的小型供應(yīng)商。較大的引線框供應(yīng)商包括 ASM 太平洋科技、昌華、海星 DS、三井、新光和 SDI。

SEMI 表示，總體而言，2017 年 IC 封裝的引線框單位出貨量預(yù)計(jì)同比 2016 年增長(zhǎng) 10％。SEMI 的分析師 Dan Tracy 表示：“可以肯定地說，2018 年以后，引線框的單位出貨量的增長(zhǎng)率會(huì)降低到低至中等的個(gè)位數(shù)?！?/p>

引線框業(yè)務(wù)利潤(rùn)較低，并且經(jīng)歷了一些動(dòng)蕩時(shí)期。以下是該行業(yè)最近發(fā)生的一些事件：

?2016 年，全球最大的引線框供應(yīng)商住友金屬礦業(yè)（Sumitomo Metal Mining）因?yàn)槔麧?rùn)率下滑以及面臨來自中國(guó)的激烈競(jìng)爭(zhēng)的雙重壓力而退出了這一行業(yè)。 去年，中國(guó)臺(tái)灣的昌華收購(gòu)了住友的主流引線框產(chǎn)品。另一家中國(guó)臺(tái)灣供應(yīng)商 Jih Lin 則從住友公司購(gòu)買了功率半導(dǎo)體引線框產(chǎn)品。
?2017 年，引線框供應(yīng)商無(wú)法獲得足夠的用于制造 IC 封裝引線框所需的銅合金材料。
?然后，日立、科比、三菱和其他銅合金供應(yīng)商已經(jīng)將大部分生產(chǎn)從引線框產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到了更高利潤(rùn)率的連接器產(chǎn)品上。

總而言之，引線框供應(yīng)商和他們的客戶都將面臨產(chǎn)能不足的挑戰(zhàn)。SEMI 公司的 Tracy 說：“用于引線框的銅合金存在供應(yīng)問題。所以引線框制造商和他們的客戶都面臨更長(zhǎng)的交付時(shí)間?！?/p>

引線框供應(yīng)商需要大量的銅合金材料來制造 IC 封裝的引線框。不過，最近，OSAT 廠商對(duì)精細(xì)間距的 QFN 封裝產(chǎn)生了強(qiáng)烈的需求，這種封裝對(duì)銅的需求更少。 “總體而言，半導(dǎo)體封裝消耗的銅合金數(shù)量一直在下降，”Tracy 說。 “雖然整體引線框出貨單位仍然在增長(zhǎng)，但更小、更薄的 QFN 封裝的趨勢(shì)會(huì)導(dǎo)致銅合金消耗量更少?！?/p>

綜合考慮這些問題，2017 年，引線框供應(yīng)商一直備受壓力。“從 2016 年底開始，我們看到引線框市場(chǎng)出現(xiàn)回升。當(dāng)進(jìn)入 2017 年第二季度時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)需求突然迅速增加，”ASM 太平洋科技集團(tuán)首席運(yùn)營(yíng)官兼執(zhí)行副總裁 Stanley Tsui 說，這家公司是設(shè)備、引線框和其他產(chǎn)品的供應(yīng)商。Tsu 也是 ASM 太平洋科技公司物料業(yè)務(wù)部門的首席執(zhí)行官。

大概在 2017 年第二季度，銅材料供應(yīng)商開始將他們的產(chǎn)品從引線框轉(zhuǎn)移到連接器產(chǎn)品，導(dǎo)致引線框的交貨時(shí)間延長(zhǎng)?！斑@種舉動(dòng)導(dǎo)致整個(gè)供應(yīng)鏈非常緊張?！盩sui 說?！霸撔袠I(yè)開始爭(zhēng)奪原銅產(chǎn)能?！?/p>

引線框的傳統(tǒng)交貨時(shí)間為三到四周。分析師指出，到了 2017 年年中，引線框的平均交貨時(shí)間大約延長(zhǎng)到了 10 到 12 周，這種局面導(dǎo)致了市場(chǎng)的“恐慌性買入”。

“在第二季度和第三季度開始的時(shí)候，我們的交貨時(shí)間已經(jīng)延長(zhǎng)到了 12 到 16 周，有些個(gè)別產(chǎn)品的交付時(shí)間是 20 周，那是用在一個(gè)獨(dú)特工藝上的產(chǎn)品，“Tsui 說?！爱?dāng)我們進(jìn)入第四季度時(shí)，市場(chǎng)平靜了一些?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)回到了 6-8 周的水平，有些產(chǎn)品是 4 到 6 周?！?/p>

目前，引線框市場(chǎng)情況比較復(fù)雜。Mitsui High-tec 的法律小組經(jīng)理 Kenji Okuma 在一封電子郵件中表示：“由于汽車應(yīng)用的推動(dòng)，對(duì)引線框的需求比以前要高。Mitsui 是目前全球最大的引線框供應(yīng)商，生產(chǎn)各種引線框架，包括用于各種應(yīng)用的超細(xì)間距產(chǎn)品?！?/p>

引腳框和其他產(chǎn)品供應(yīng)商 SDI 公司營(yíng)銷和銷售部副總裁 James Cheng 表示：“總體來說，引線框目前的供求情況比較緊張?！?/p>

Cheng 和其他人認(rèn)為，更大的問題是銅合金材料的供應(yīng)。SEMI 表示，從供應(yīng)商角度來看，引線框廠商獲得銅合金的交貨期是 40 到 50 天，連接器廠商是 30 到 40 天。

Cheng 說，日本和德國(guó)的供應(yīng)商生產(chǎn)的銅材料質(zhì)量更高，但是這些產(chǎn)品“供應(yīng)非常緊張并難以獲得”?！八鼈冃枰L(zhǎng)的交貨期。同時(shí)，供應(yīng)商也提高了價(jià)格?！?/p>

中國(guó)也生產(chǎn)銅合金。雖然中國(guó)的供應(yīng)商有足夠的產(chǎn)能，但是它們的質(zhì)量有時(shí)候不符合標(biāo)準(zhǔn)。 他說：“中國(guó)的低端銅供應(yīng)商無(wú)法達(dá)到一定的質(zhì)量要求?！?/p>

設(shè)備方面的情況
除了某些封裝類型和引線框供應(yīng)緊張之外，OSAT 廠商還擔(dān)心用于制造 IC 封裝的設(shè)備的交付時(shí)間。

一些設(shè)備的交付時(shí)間還算正常，但是有一些設(shè)備的交付時(shí)間正在延長(zhǎng)。比如，全球最大的電焊機(jī)供應(yīng)商 Kulicke＆Soffa 最近宣布電焊機(jī)的交貨時(shí)間為五周，比正常情況延長(zhǎng)了兩周。

不過，K＆S 發(fā)現(xiàn)，用于功率集成電路的楔形鍵合機(jī)訂單猛增。濺射設(shè)備和其他系統(tǒng)的交貨時(shí)間也正在延長(zhǎng)。

那么，年底將至，2018 年的情況會(huì)如何演變？預(yù)測(cè)未來是困難的，但封裝供應(yīng)鏈的短缺預(yù)計(jì)將至少持續(xù)到 2018 年上半年。

目前，供應(yīng)商們正在采取觀望的態(tài)度。ASM 太平洋科技公司的 Tsui 說：“在下一波供應(yīng)短缺到來之前，這段時(shí)期大家都比較冷靜。業(yè)界也有時(shí)間冷靜下來，消化庫(kù)存。然后，我們會(huì)再次等待下一次供應(yīng)短缺帶來的紅利?！?/p>

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