封測代工生意，增長與挑戰並存

來源：內容由瞿煉均翻譯自semiengineering，作者MARK LAPEDUS謝謝。

本文身處充滿挑戰的商業環境，封測代工(outsourced semiconductor assembly and test)工業今年能被預見到會有一個穩定的，在許多產品細分上強有力的增長。

而今，封測代工廠提供第三方的IC封測服務，且能看到在傳統產品和先進產品活躍的需求。

另外，整合原器件製造商(IDM)持續地將他們的產品封測業務外包給封測代工廠，這就刺激了封測代工廠這塊的增長。

先不管不明朗的世界經濟和政治環境，封測廠卻是在激流勇進。

「我們是樂觀的，」目前全球最大的封測廠台灣日月光集團（ASE)的營運長Tien Wu如是說，「我們看到市場的情況正在持續改善，至少2017年看來是如此，我們將看到各個領域都會齊頭並進」。

總體來看，據CLSA（里昂證券)的分析員Sebastian Hou預測，對比2016年，2017年封測代工業將會有5%到6%的營收增長，2016年，封測代工市場增長了6%(數據來自CLSA)。

這個數字代表了封測代工整體的IC封裝測試的營收。

這些數字並不能代表全部的故事。

下面羅列了一些主要的封測代工生意的趨勢：

o整合仍在繼續。

如日月光最近宣布兼并全球第三大封測代工廠矽品（SPIL)，安靠(Amkor)也達成了一項購買一家專長於fan-out產品的企業Nanium。

兩項交易都還在進行中。

o中國的封測代工生意任道而重遠，擴張兼并的腳步仍在大踏步前行。

o整個半導體行業兼并收購的活動進行得如火如荼，這對封測代工廠來說意味著越來越少的客戶群。

o站在科技的前沿陣地，高密度的fan-out產品是市場的新寵。

舉個例子，Iphone7，台積電(TSMC）為其代工A10處理器。

基於16納米finFET工藝，蘋果的A10處理器就是使用台積電高密度fan-out產品技術，美其名曰InFO（integrated Fan-Out)。

「2016年實際上是封裝產業的一個里程碑，」吳說。

「2016年，台積電的InFo技術重新確認了fan-out是如何能被用來改善元器件性能和系統層面的性能。

」

蘋果邁出採用fan-out封裝的一步，也促進了封測代工廠加入用於智慧型手機和其他應用的開發類似產品的競賽中來。

但是大多數其他智慧型手機OEM尚未跳入這個fan-out「大坑」里來。

Fan-out提供了比現有解決方案更多的I/O，但同時也更加昂貴。

Fan-out被廣泛採用是否會給行業帶來「fan-out泡沫」存在不確定性，一家叫做的Yole Développement的市場調查機構如是說。

封測代工市場的增長並不僅僅依賴於fan-out. SiP（System-in-package)和其他部分也同樣在2017年被預見增長。

可用於諸多的系統，SiP整合數個晶片在一個單獨的產品中。

「封測代工業的營收增長率將在SiP解決方案的需求驅動下高歌猛進。

」江陰長電集糰子公司STATS ChipPAC副總裁Scott Sikorski如是說。

毋庸置疑的是，封測代工和產品前景是複雜的。

為了幫助產業洞察未來，Semiconductor Engineering也關注到封測代工生意以及諸多的產品市場，例如2.5D/3D，SiP，wafer-level packaging(WLP)和金線鍵合(wire bond)的產品。

封測代工前景

基本上，目前有三種實體開發產品及提供測試服務-封測代工廠(OSATs)，晶圓廠(foundries)和整合原器件製造商(IDMs)封測廠是商業供應商。

如今，根據TechSearch International，市場上有超過100家不同的封測代工廠，但是粗略來講，其中的10家就占到了超過75%的整個生意。

許多IDM為他們自己的IC產品開發晶片封裝。

同時，一些晶圓廠，諸如英特爾、三星和台積電，也會為客戶提供晶片封裝和測試服務。

一些晶圓廠提供某些級別的製造服務。

擁有自身封裝廠的IDM和晶圓廠，也會外包一定比例他們的IC封裝生產到封測代工廠。

一般來說，他們沒有足夠的產能來生產所有的產品。

無需多言，那些無晶圓廠的公司也會外包他們的封裝給封測代工廠或晶圓廠。

總的來說，綜合封測服務市場，包含封測代工，晶圓廠和元器件整合製造商，2017年可以預見能達到533億美元的市場，與2016年的498億美元相比，增長7%（數據來自Gartner）。

其中，IDM自身的封測業務，相比2016年的239億美元，2017年預計可增長到252億美元（數據來自Gartner）。

相比2016年的259億美元，2017年封測代工的營收預計增長到281億美元（數據來自Gartner）。

總體而言，2017年單獨對封測代工的資本支出預計達到24億美元，比2016年下降了10%（據Pacific Crest Securities）。

在那些大封測代工廠中，日月光2017年的資本支出預計高於2016。

安靠的資本支出預計和2016年持平。

最大的支出者是中國的江陰長電集團，2017年計劃啟動他的資本支出高達20%。

顯而易見地，在不確定的經濟環境中，今年的預測有可能是會變化的。

不變的是封測代工市場是艱難的、充滿競爭的且低利潤率的生意。

客戶想要封測代工廠每年砍掉2%到5%的價格。

迫於利潤壓力，封測代工廠同時感受到了研發費用的增加，一部分用於先進產品的開發。

很少封測代工廠能夠承擔在先進產品上的必要投資。

「這已經越來越艱難了，」TechSearch的總裁E. Jan Vardaman如是說，「為了投入資本支出(CapEx)，你必須要有更大營收基礎。

你的投資也同樣昂貴。

」

在先進產品上，舉個例子，封測代工廠必須採購不同的且昂貴的不能給通用封裝流程使用的全套工具。

「他們更像是晶圓設備。

」 Vardaman說。

研發費用的增加刺激了一波兼并收購的行動。

封測代工廠需要調動他們的資源來開發昂貴的封裝類型。

更有甚者，封測代工廠會因為其他原因而整合。

「客戶在整合，」日月光的吳說，「這在半導體行業會一直持續，這會驅動產業鏈更多的整合，特別是封裝領域。

」

在封測代工廠中，日月光，安靠和中國是兼并收購賽場上最積極的玩家，以下最新的交易：

o日月光這家公司仍在就兼并矽品事宜進行磋商。

根據計劃，兩家公司會成立一家控股公司。

日月光和矽品會隸屬於這家控股公司。

去年，日月光在Crypress旗下子公司Deca投資6000萬美元，Deca是一家fan-out產品技術的開發商。

o安靠2016年，安靠增加在日本最大的封測代工廠J-Devices的股權，從65.7%增加到100%。

2月，安靠簽署了收購Nanium的最終協議，安靠努力向fan-out的擴張邁出了一步。

o中國2015年，中國最大的封測代工廠，江陰長電集團(JCET)，收購新加坡星科金朋(STATS ChipPAC），使得中國向更上層的封測代工生意前進了一步。

同樣是2015年，天水華天科技，中國第二大封測代工廠，收購了美國的Flipchip International。

2016年，另一家中國封測代工廠，南通富士通微電子，收購了AMD在亞洲的封測廠85%的股權。

去年中國的清華集團和台灣一家封測廠ChipMOS達成合資。

但是清華集團最近試圖收購台灣力成科技的股權被終止了。

2.5D發生了什麼？

站在科技的前沿，其間似乎有過多的封裝類別。

沒有一種封裝能夠符合所有的要求。

「封裝是一種根據終端應用高度定製化的生意。

」應用材料蝕刻事業部的集團副總裁及總經理Raman Achutharaman說。

多年來，這個行業一直致力於2.5D，一種在產品中能夠促進帶寬的多層晶片技術。

2.5D涵蓋多個組成部分——一個產品，通過TSV(though-silicon vias)實現的內插件(interposer)，以及晶片。

產品在底部，晶片則在頂部，內插件就是他們之間的橋樑。

內插件具有TSV, 能夠作為產品和晶片之間快速電信號的管道。

圖1:2.5D 具有GPU，HBM2顯存和內插件的高性能計算機(HPC)系統。

來源：英偉達

2.5D以及相關的技術，3D，自然而然的，位於高端設計和製造成本最先進的節點上，是否要投入一切資源到一個單獨的SoC(system-on-chip) 上，成為經濟上更加艱難的判斷。

「滿足摩爾定律的成本在不斷增加，對性能的需求也在不斷增加。

路線圖的一部分要求具備多晶片的模組。

」GlobalFoundries的研發及運營副總裁David McCann說。

到目前為止，2.5D已經在高端應用上被有所牽制，例如FPGA，圖形晶片以及網絡應用。

2.5D面臨的大問題是成本，這阻礙了2.5D開始變成更為主流的技術。

仍然，市場上TSV技術將會在未來五年以超過10%的增長。

（據Yole)

「TSV或2.5D的新產品進入圖形領域後，將看到僅僅微小的使用增長，」安靠全球研發副總裁Ron Huemoeller說，「就營收來而言，2017年在高端網絡市場的主要使用量上，2.5D產品的空間將持續相對平穩。

」

仍然，2017年該產業預期將會湧現出新的2.5D技術。

「將會有新的矽內插件設計出現，」TechSearch的Vardaman說，「高效的封裝公司正在尋求壓低成本的方案。

」 UMC商業管理副總裁Walter Ng也跟進上述言論：「對內插件和TSV的興趣將會繼續，這仍然將是不斷演變的技術。

」

SIP和WLP是什麼？

如今，對fan-out封裝的推崇不絕於耳。

總體而言，fan-out市場預計會從2014年的2.44億美金增長到2021年的25億美金（數據來自Yole）。

WLP是在晶圓上進行的IC封裝。

基本上，WLP包括兩種技術——CSP（chip-scale packaging)和fan-out。

在fan-out上，單個的晶片被埋入到環氧樹脂材料中，這些互聯元件在產品中是扇出的形態，這能夠為其增加更多的I/O。

fan-out產品的第一代，稱作嵌入式晶片級球狀陣列（eWLB)，出現在2009年。

一般來說，eWLB是一種較少I/O及較低封裝密度的產品。

而今，台積電和封測代工廠正在開發或已經出貨了高密度的具備更多I/O的fan-out產品。

另外，fan-out技術已發展了一些不同的技術類別。

智慧型手機是使用fan-out的一大市場，傳統上講，智慧型手機製造商已經運用了一種叫做PoP（package on package）的技術。

在PoP產品內，存儲產品堆疊在處理器之上。

PoP既可靠又廉價，但是它只能在運用在0.5到0.4mm這樣的極限厚度之下。

原因是，蘋果在iPhone7上，已經把上代iPhone的PoP封裝形式轉變到台積電的fan-out產品，但是因為成本原因，不是所有的智慧型手機製造商都會轉移到fan-out上來。

在成本降下來之前，許多製造商也許還是會守住PoP不放，這意味著fan-out的智慧型手機市場仍然有其局限性。

「fan-out市場也不會大到跟他看起來的那樣。

」Yole的分析師Jérôme Azémar說，fan-out市場有可能會變成「泡沫」。

因此，台積電和封測代工廠也在推動fan-out在智慧型手機以外的需求市場。

「我們在考慮所有可能的整合，」日月光的吳說，「這涵蓋到電源管理，基帶，汽車，消費電子和工業。

」

同時，另一個走向是，fan-out產品會同時涉及到單晶片和多晶片的解決方案。

「各種各樣的集成能夠為fan-out WLP帶動很強的需求。

」星科金朋的Sikorski說，「新的fan-out WLP生意很大程度上將會從層壓產品（laminate)轉移到高性價比的fan-out設計上，新的fan-out WLP封測代工廠TAM將會主導SiP設計。

這些設計可以支持電子器件中複雜的功能性，特別是移動應用和新興市場，例如物聯網，可穿戴，微電子機械系統(MEMS)，傳感器模組和信息娛樂。

」

同時，另一個WLP市場，扇入(fan-in)，也同樣在變化中。

在fan-in中，I/O

被置於錫球之上。

fan-in產品被限制在大約200個I/O和0.6毫米的尺寸。

fan-in產品是小體型的低價解決方案，可作為理想的模擬晶片，電源管理晶片和射頻裝置。

「智慧型手機製造商不斷地使用更多的扇入WLP，我們期望這種趨勢可以保持下去。

」TechSearch的Vardaman說。

圖2：扇入對比扇出WLP。

來源STATS ChipPAC。

扇入正在快速加入與SiP的一些競爭，然而，SiP正在開始涉足更多的電源管理和射頻裝置領域，分食fan-in市場的蛋糕。

這個轉而促使Yole2015年到2021年對fan-in產品從9%降低到6%的年增長率的預期。

「SiP通常是具有多個元器件和多功能的單個產品。

」安靠的Huemoeller說，「當SiP推廣到移動市場，更多通常局限於WLCSP的產品會進入到和SiP有關的模組。

例如，在SiP模組內作為個別的組成，而不是單獨的WLCSP，集成的被動元器件正在消亡。

」

圖3：各種各樣的封裝途徑。

來源：STATS ChipPAC

金線鍵合類產品依然存活

雖然2.5D和fan-out的抓住了大部分的新聞頭條，但是傳統的鍵合產品仍然占據了80%整體封裝市場的大部江山。

BGA，QFN產品和許多傳統產品都是基於金線鍵合。

通體而言，根據金線鍵合機設備供應商庫力索法（Kulicke & Soffa),鍵合類產品保持了6%的增長率。

金線鍵合開發於1950年，是一種快速廉價的固態焊接工藝。

基本上，通過鍵合機，金線和焊接面（bond pad）可以鍵合在一起。

圖4：超小間距的鍵合。

來源：庫力索法

大約5年前，鍵合產品從金線轉移到銅線，產業發生了很大的轉變。

銅線可以降低IC封裝的成本。

「鍵合仍然很強，」日月光的吳說，「今年，因為數個原因，我們會買更多的鍵合機。

首先，我們會取代所有的老一代鍵合機，產品正在向更高端的技術轉移，鍵合的間距變得越來越窄，新一代的鍵合機具有更好的可靠性和效率。

」

還有一些其他因素。

「我們之所以不斷買鍵合機，是因為市場對更多的鍵合線數量有更高的要求。

」他說：「第三個原因是出於顯著的成本因素，我們會繼續推動銅線鍵合。

」

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