芯片世界觀︱芯片先進(jìn)封裝技術(shù)大戰(zhàn)倒逼代工廠，三條出路怎么選？

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外包半導(dǎo)體封裝和測(cè)試廠商和代工廠開(kāi)始加快推出新技術(shù)，并對(duì)主流的多器件架構(gòu)進(jìn)行投資。

隨著各路廠商加速上馬可以成為下一代浪潮的 2.5D/3D 封裝技術(shù)、高密度扇出型封裝和其它先進(jìn)技術(shù)，先進(jìn) IC 封裝市場(chǎng)正在演變成為一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)、高競(jìng)爭(zhēng)性的戰(zhàn)場(chǎng)。

過(guò)去有一段時(shí)間，外包半導(dǎo)體封裝測(cè)試（OSAT）廠商們主導(dǎo)并處理客戶(hù)的芯片封裝要求。隨著幾年前臺(tái)積電進(jìn)入先進(jìn)封裝市場(chǎng)，這種局面開(kāi)始發(fā)生了改變。隨后，另外兩家代工企業(yè) - 英特爾和三星 - 也宣布計(jì)劃進(jìn)軍先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)。這些舉動(dòng)讓這三家代工廠處于了與 OSAT 直接競(jìng)爭(zhēng)的位置，當(dāng)然并不是所有的代工廠都卷入了芯片封裝市場(chǎng)的廝殺。

雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是有些代工廠已經(jīng)拿下了不可小覷的部分業(yè)務(wù)。比如，據(jù) Yole Développement 公司報(bào)道，臺(tái)積電正在基于 16 納米 finFET 工藝為蘋(píng)果代工生產(chǎn)用在新款 iPhone 7 上的 A10 應(yīng)用處理器。該研究機(jī)構(gòu)聲稱(chēng)，蘋(píng)果公司的 A10 是采用臺(tái)積電的集成扇出型（InFO）技術(shù)封裝的。

現(xiàn)在，臺(tái)積電正在開(kāi)發(fā)第二代扇出型封裝，并在先進(jìn)封裝領(lǐng)域投資了大約 10 億美金巨資。英特爾也表示，它在封裝技術(shù)上的研發(fā)支出超過(guò)了兩個(gè)最大的外包半導(dǎo)體封裝和測(cè)試廠商的支出總和。

為了應(yīng)對(duì)代工廠的入侵和其它變化，作為合并資源及研發(fā)活動(dòng)的舉措之一，幾家 OSAT 廠商正在抱團(tuán)自救。比如，世界上最大的 OSAT 廠商日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司（ASE）計(jì)劃與一個(gè)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手合并，并且正在投資另外一家公司。

封裝測(cè)試領(lǐng)域的版圖變化對(duì)客戶(hù)們也帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。首先，許多芯片制造商和 OEM 廠商仍在為其未來(lái)的產(chǎn)品評(píng)估各種下一代封裝類(lèi)型。要找到合適的解決方案并非易事，而且十分復(fù)雜。

此外，客戶(hù)們需要為其先進(jìn)封裝需求選擇合適的供應(yīng)商，客戶(hù)可以通過(guò)以下幾個(gè)途徑滿(mǎn)足封裝需求：

1、來(lái)自代工廠的交鑰匙服務(wù)。這種服務(wù)包括從前端制造到 IC 封裝和測(cè)試的所有工作。

2、一家 OSAT 廠商。

3、代工廠和 OSAT 的組合。

那么，哪種方式最好呢？答案要視需求而定。每種方式都各自有一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。比如，在交鑰匙方案中，代工廠管理供應(yīng)鏈和生產(chǎn)流程，從而能針對(duì)客戶(hù)控制成本和產(chǎn)量，雖然針對(duì)性強(qiáng)，但是靈活性不足，而且也通常會(huì)阻止客戶(hù)與他們中意的 OSAT 伙伴合作。

最終，決定要?dú)w結(jié)于幾個(gè)因素?！笆袌?chǎng)將決定哪家客戶(hù)怎么做。”Gartner 公司的分析師 Jim Walker 說(shuō)?！斑@一切都可以歸結(jié)到成本上。”

還有其他的一些考慮因素。比如，據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，目前有十幾家公司正在開(kāi)發(fā)扇出型封裝，但是長(zhǎng)期來(lái)看，目前尚不清楚是不是所有的供應(yīng)商都能取得成功?！坝捎谶@是一個(gè)新興的市場(chǎng)，所有現(xiàn)在有足夠的空間容納所有這些公司，直到市場(chǎng)成熟，大浪淘沙?！盬alker 說(shuō)。

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什么是先進(jìn)封裝？
那么多 OSAT 廠商和代工廠都在追逐先進(jìn)封裝技術(shù)，是有足夠充分的理由的 - 這個(gè)市場(chǎng)目前很火。事實(shí)上，一些代工廠都在尋找新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，以應(yīng)對(duì) IC 產(chǎn)業(yè)的增速放緩，封裝業(yè)務(wù)展現(xiàn)出新的而且巨大的機(jī)會(huì)。

據(jù) Yole 預(yù)計(jì)，總體而言，到 2020 年，先進(jìn)封裝市場(chǎng)將由 2014 年的 202 億美金增長(zhǎng)到 300 億美金。倒裝芯片封裝仍然是該業(yè)務(wù)領(lǐng)域中最大的市場(chǎng)，但扇出型封裝的增長(zhǎng)速度最快。根據(jù) Yole 的測(cè)算，到 2020 年，扇出型封裝市場(chǎng)將由 2015 年的 2.44 億美金增長(zhǎng)到 24 億美金。

先進(jìn)封裝發(fā)展動(dòng)力十足的原因有好幾個(gè)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，芯片制造商希望能給在更小的封裝內(nèi)集成更加強(qiáng)勁的性能?！艾F(xiàn)在，關(guān)于將如何實(shí)施一款芯片有若干個(gè)考慮因素，”聯(lián)電業(yè)務(wù)管理副總裁 Walter Ng 說(shuō)。“和許多其它考慮因素相比，封裝是非?？壳暗臎Q策。因?yàn)樗隙〞?huì)影響總體成本和性能?！?/p>

比如，智能手機(jī)之前都采用被稱(chēng)為層疊封裝（PoP）的封裝技術(shù)。它在一個(gè)球柵陣列（BGA）封裝內(nèi)實(shí)施了倒裝芯片互聯(lián)技術(shù)。PoP 將兩個(gè)或更多的硅片上下疊在一起。存儲(chǔ)器層在上面，而應(yīng)用處理器或者基帶硅片放在最下面。

智能手機(jī)現(xiàn)在依然在使用 PoP 技術(shù)，但是當(dāng)厚度縮放到 0.5mm 到 0.4mm 之后，這種技術(shù)就后繼乏力了。 “PoP 也開(kāi)始在帶寬和功耗方面表現(xiàn)出一些局限?！迸_(tái)積電集成互聯(lián)和封裝技術(shù)的高級(jí)主管 Doug Yu 說(shuō)道。

為了取代目前的 PoP 封裝技術(shù)，OSAT 廠商和幾個(gè)代工廠一直致力于新的競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)上。

其中一項(xiàng)技術(shù)被稱(chēng)為扇出型晶圓級(jí)封裝。晶圓級(jí)封裝指的是在芯片仍然在晶圓上時(shí)便對(duì)其進(jìn)行封裝，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)更小的封裝。

晶圓級(jí)封裝包括兩項(xiàng)基本技術(shù)：芯片級(jí)封裝（CSP）和扇出。CSP 是一種扇入技術(shù)，其中，I/O 都位于封裝內(nèi)的焊球上。不過(guò)，當(dāng) I/0 數(shù)量達(dá)到 200，外形尺寸達(dá)到 0.6mm 之后，扇入技術(shù)就行不大通了。

在扇出型封裝中，不同的硅片層都嵌入到一種環(huán)氧樹(shù)脂材料中，根據(jù) Deca Technologies 的說(shuō)法，“管腳通過(guò)重分布層（RDL）‘扇出’互聯(lián)到焊球上，”從而能夠處理更多的 I/O。

“對(duì)扇出型封裝來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)機(jī)會(huì)覆蓋從低管腳數(shù)的小芯片到像 FPGA 這類(lèi)很高管腳數(shù)的器件”，扇出型封裝技術(shù)專(zhuān)家 Deca 銷(xiāo)售及營(yíng)銷(xiāo)副總裁 Garry Pycroft 表示?！拔覀円苍诙嘈酒鉀Q方案方面發(fā)現(xiàn)了很多機(jī)會(huì)，特別是隨著各家公司尋求以不同的晶圓技術(shù)劃分他們的 SoC 的模擬和數(shù)字模塊，以取得最有效的實(shí)現(xiàn)時(shí)?！?/p>

事實(shí)上，扇出型封裝為客戶(hù)提供了多種選擇。比如，它可以使得先進(jìn)工藝的芯片裸片和落后工藝的芯片裸片封裝在一起。

或者，不用走 SoC 設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)套路，扇出型技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有芯片的高度集成的系統(tǒng)級(jí)封裝，“這絕對(duì)是個(gè)值得考慮的因素，因?yàn)楝F(xiàn)在 SoC 集成的一次性工程費(fèi)用太高，而且上市時(shí)間太長(zhǎng)，”Gartner 的 Walker 說(shuō)?！吧瘸黾夹g(shù)能夠滿(mǎn)足許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的各種產(chǎn)量需求?！?/p>

不過(guò)，客戶(hù)們依然面臨一些復(fù)雜的選擇?；旧?，現(xiàn)在有三種主要類(lèi)型的高密度扇出技術(shù)：先做硅片 / 倒裝、先做硅片 / 正裝以及后做硅片，第三種有時(shí)候被稱(chēng)為先做重新分布層。

“先做硅片，是指在創(chuàng)建重新分布層（RDL）之前先把裸片貼裝到一個(gè)臨時(shí)性或永久性的材料結(jié)構(gòu)上，RDL 會(huì)從裸片延伸到 BGA/LGA 接口上，”Amkor 全球研發(fā)副總裁 Ron Huemoeller 說(shuō)?！跋喾吹姆绞絼t是先制作 RDL 層，然后再放上硅片?！?/p>

第一波弄潮的扇出型封裝被稱(chēng)為嵌入式晶圓級(jí)球柵陣列（eWLB），采用的是先做芯片 / 倒裝方式。一般來(lái)講，這種封裝的密度較低，線寬 / 間距特征尺寸大約為 10μ。

如今，ASE、JCET/STATS、Namium 和其它公司正在追逐基于先做硅片 / 倒裝方式的第二代扇出型封裝技術(shù)。這種技術(shù)也稱(chēng)為 eWLB，用于更細(xì)間距的封裝。它非常適合更小的芯片尺寸、更低的 I/O 數(shù)量和更少的 RDL 層。

同時(shí)，臺(tái)積電和 Deca 則分別尋求先做硅片 / 正裝方案的技術(shù)突破。臺(tái)積電的先做芯片技術(shù)支持更多的 I/O、3 層以上的 RDL 和 2μ的線寬 / 間距。

Amkor 則在追蹤先做硅片 - 倒裝方案?！斑@種方案用在需要結(jié)合存儲(chǔ)器和其它裸片的應(yīng)用處理器上，”Huemoeller 說(shuō)。“它可以部署三層以上的 RDL，支持的正方形芯片尺寸能達(dá)到 20mm?！?/p>

現(xiàn)下，蘋(píng)果公司是使用高密度扇出型封裝技術(shù)的第一批客戶(hù)之一，但是因?yàn)檫@種技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)還很貴，所以很多其它 OEM 廠商采用了等等看的做法?！凹幢銓?duì)于第二梯隊(duì)的 OEM 廠商而言，傳統(tǒng)的 eWLB 型扇出技術(shù)也具備成本優(yōu)勢(shì)，”Huemoeller 說(shuō)?！叭绻阅芴嵘銐虼螅?jí) OEM 廠商愿意支付一點(diǎn)溢價(jià)，嘗試這種先進(jìn)封裝技術(shù)。然而，相比較于標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品技術(shù)，這類(lèi)廠商能夠支付的溢價(jià)相當(dāng)有限。”

還有一些其它的問(wèn)題。比如，對(duì)于某個(gè)特定的扇出型封裝，OEM 廠商希望有第二個(gè)備選供應(yīng)商。問(wèn)題在于，現(xiàn)在扇出型封裝技術(shù)缺乏標(biāo)準(zhǔn)，所以 OEM 廠商需要從供應(yīng)商那里協(xié)商專(zhuān)有的解決方案。

除了扇出型封裝技術(shù)之外，其它高端封裝市場(chǎng)也正在走熱。在這些市場(chǎng)中，有一種使用內(nèi)插器和硅通孔的 2.5D 堆疊硅片。現(xiàn)在，這種技術(shù)在 FPGA、圖形芯片和存儲(chǔ)器器件上獲得了相當(dāng)大的吸引力。

此外，英特爾目前正在推動(dòng)一種被稱(chēng)為嵌入式多硅片互聯(lián)橋（EMIB）的技術(shù)?！癊MIB 的真正核心優(yōu)勢(shì)在于，它只需要硅片邊緣的很少一點(diǎn)硅就可以在器件封裝內(nèi)將多個(gè)硅片互聯(lián)到一起?！庇⑻貭柼幚砥骷軜?gòu)主管和高級(jí)合伙人 Mark Bohr 說(shuō)。“與 2.5D 中的內(nèi)插器相比，內(nèi)插器需要大量的硅，所以也更加昂貴?！?/p>

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和代工廠一起
選擇合適的技術(shù)還只是挑戰(zhàn)的一部分，供應(yīng)商的選擇也是一個(gè)大難題，特別是需要在代工廠或者 OSAT 廠商之間進(jìn)行抉擇時(shí)。

一般來(lái)講，在這個(gè)領(lǐng)域中存在兩種類(lèi)型的代工廠。第一類(lèi)代工廠并不直接介入封裝市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，它們與 OSAT 廠商是合作關(guān)系。但是很多這類(lèi)代工廠也具備有限的封裝制作能力，比如進(jìn)行內(nèi)插器的開(kāi)發(fā)和 TSV 的構(gòu)造。

第二類(lèi)代工廠則開(kāi)發(fā)并銷(xiāo)售自己的封裝類(lèi)型，并且可以提供交鑰匙服務(wù)。他們也會(huì)根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型，和 OSAT 廠商合作。

這種全能型代工廠提供的服務(wù)相當(dāng)全面，但是和 OSAT 相比，他們的運(yùn)營(yíng)成本結(jié)構(gòu)也有所不同?！斑@些代工廠們習(xí)慣了 40%-45%的毛利率，有時(shí)甚至?xí)_(dá)到 50%?！盙artner 的 Walker 說(shuō)。“而 OSAT 廠商則習(xí)慣了 20%-25%的毛利率，所以代工廠們必須接受在同樣的封裝操作下，獲得這么低的毛利率。”

不過(guò)，代工廠可以抵消封裝過(guò)程產(chǎn)生的一部分費(fèi)用。通過(guò)提供前端制造服務(wù)，他們可以在后端封裝服務(wù)上獲取額外的一些利潤(rùn)。

當(dāng)然，選擇代工廠需要做出一些妥協(xié)。“在大多數(shù)情況下，當(dāng)您使用代工廠時(shí)，他們是您唯一的供應(yīng)商，”Walker 說(shuō)。與此相反，對(duì)于某個(gè)特定的封裝，芯片制造商則傾向于使用兩到三家 OSAT 廠商。

同時(shí)，每家代工廠都有不同的策略。比如，臺(tái)積電在其 2.5D 和扇出型封裝上提供交鑰匙服務(wù)。臺(tái)積電的 Yu 表示，在交鑰匙服務(wù)中，臺(tái)積電向客戶(hù)提供完整的方案。

而英特爾同樣提供交鑰匙服務(wù)，但是它依然會(huì)與 OSAT 廠商合作?！拔覀儾粫?huì)對(duì)業(yè)務(wù)強(qiáng)加任何人為的限制，”英特爾工藝和制造事業(yè)部副總裁和定制代工廠聯(lián)合總經(jīng)理 Zane Ball 說(shuō)?！耙话闱闆r下，一旦客戶(hù)看到了我們的封裝和測(cè)試能力，往往會(huì)在這方面和我們進(jìn)行合作，這也經(jīng)常會(huì)成為合作的亮點(diǎn)?！?/p>

另外一家代工廠三星公司則采用不同的策略?！拔覀儾粫?huì)孤立 OSAT 廠商，”三星公司代工營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)高級(jí)主管 Kelvin Low 表示。“我們不認(rèn)為孤立 OSAT 廠商是個(gè)好主意。我們覺(jué)得，圍繞代工業(yè)務(wù)建立一個(gè)健康的生態(tài)系統(tǒng)依然非常重要?！?/p>

像英特爾和臺(tái)積電一樣，三星也提供交鑰匙服務(wù)。“我們有客戶(hù)需要交鑰匙服務(wù)，”Low 說(shuō)?！皩?duì)于我們來(lái)說(shuō)，這種方式更像是一個(gè)協(xié)調(diào)者，如何交付這些服務(wù)由我們來(lái)定?！?/p>

雖然在許多情況下，三星也會(huì)主動(dòng)與客戶(hù)在封裝上展開(kāi)討論，甚至可能會(huì)將封裝生產(chǎn)爬產(chǎn)到一定的產(chǎn)能。但在大多數(shù)情況下，三星不希望卷入大批量封裝的生產(chǎn)。它喜歡把大批量封裝的業(yè)務(wù)交給 OSAT 廠商。

“我們沒(méi)有改變戰(zhàn)略。和 ASE、Amkor 以及其它公司合作是非常重要的，“Low 說(shuō)?！拔覀兒茈y制造一切。這是不切實(shí)際的。”

其它廠商也有不同的策略。比如，美光銷(xiāo)售一種被稱(chēng)為混合存儲(chǔ)立方體（HMC）的 3D DRAM 產(chǎn)品。在該產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，格羅方德處理 TSV 構(gòu)造過(guò)程和一些其它步驟。

格羅方德同樣會(huì)基于研發(fā)目的開(kāi)發(fā)內(nèi)插器，但是它并不開(kāi)發(fā)用于商業(yè)市場(chǎng)的芯片封裝，也不愿意與 OSAT 廠商競(jìng)爭(zhēng)。“我們和 OSAT 廠商合作，”格羅方德首席技術(shù)官 Gary Patton 稱(chēng)。

聯(lián)電也提供前端 TSV 制造服務(wù)，但是它也不從事封裝業(yè)務(wù)，而是選擇與 OSAT 廠商合作?！按蠊竞托」就ǔ６枷胍`活性，”聯(lián)電的 Ng 說(shuō)?！八麄兿胍x擇方案的靈活性，他們不想被告知稱(chēng)：‘這就是方案，拿走吧，回去吧’。所以我們的策略是繼續(xù)和生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的合作伙伴們一道合作，我們希望支持那些伙伴，我們不想把他們擠走。”

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與 OSAT 廠商合作
在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，像代工廠一樣，選擇 OSAT 廠商也是好壞并存。OSAT 廠商可能有一部分技術(shù)能力，但不會(huì)是全部。不過(guò)，與代工廠不同的是，OSAT 更加靈活，而且能夠處理大量的產(chǎn)品混合?！癘SAT 被建來(lái)處理產(chǎn)品切換、設(shè)備復(fù)用和市場(chǎng)重新定位，”Amkor 的 Huemoeller 說(shuō)?！癘SAT 有能力從多個(gè)代工廠那里接收各種硅片，然后封裝出最終的產(chǎn)品，對(duì)于 SiP 封裝而言這是至關(guān)重要的?！?/p>

不過(guò)，客戶(hù)必須密切關(guān)注 OSAT 廠商的動(dòng)態(tài)。隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越少的 OSAT 廠商能夠承擔(dān)得起在主流和先進(jìn)封裝技術(shù)上同時(shí)進(jìn)行的必要投資，能夠分配到研發(fā)支出上的資金畢竟有限。

出于這樣和那樣的原因，OSAT 廠商們正在展開(kāi)合并活動(dòng)。“合并對(duì)客戶(hù)們是有利的，”日月光的首席運(yùn)營(yíng)官 Tien Wu 在最近的一次采訪中表示?！叭绻@個(gè)行業(yè)的玩家能夠合并，那將會(huì)帶來(lái)更多的研發(fā)支出。”

例證：日月光最近宣布計(jì)劃與世界第三大 OSAT 廠商矽品精密工業(yè)（SPIL）合并。根據(jù)計(jì)劃，日月光和 SPIL 將成立一家股份制公司，日月光和 SPIL 將成為這家公司的子公司。通過(guò)這樣的安排，這兩家公司希望能夠集中資源。這筆交易目前仍未敲定。

而且，在今年年初，日月光就投資了 Deca 6000 萬(wàn)美金，這是賽普拉斯半導(dǎo)體公司的一家子公司。日月光將在其位于中國(guó)臺(tái)灣的生產(chǎn)工廠內(nèi)應(yīng)用 Deca 的扇出技術(shù)。除了 Deca 技術(shù)之外，ASE 還在研發(fā)另外大約五種扇出封裝類(lèi)型。SPIL 至少在研發(fā)三種。

與此同時(shí)，多個(gè)扇出型封裝技術(shù)也在展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，但是問(wèn)題在于市場(chǎng)空間是否足夠大，能夠容下所有的技術(shù)。

“這將成為一個(gè)普遍存在的技術(shù)，并將蠶食現(xiàn)有倒裝芯片封裝市場(chǎng)的大部分份額，”Deca 的 Pycroft 說(shuō)?！笆袌?chǎng)將會(huì)分裂，一些公司將專(zhuān)注于某一特定板塊的扇出解決方案。市場(chǎng)潛力巨大，可以容納十幾家公司。”

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