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超摩爾定律,SiP能否畢其功于一役?

2021/09/02
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8月初,Yole發(fā)布2021系統(tǒng)級封裝技術(shù)和市場趨勢報告,分析了封裝行業(yè)的最新動向,指出SiP(系統(tǒng)級封裝)技術(shù)平臺有助于發(fā)揮設(shè)計和供應(yīng)鏈敏捷性,參與其中的IDM(垂直整合制造)、OSAT(外包半導(dǎo)體封測)和代工廠將引領(lǐng)處于技術(shù)最前沿的高端封裝優(yōu)勢,在“More than Moore(超摩爾定律)”的進程中扮演重要角色。

2020年不同類型廠商SiP市場份額

在廠商層面,2020年不到10家廠商瓜分了80%的SiP市場份額,門檻之高可見一斑。

2020年SiP市場份額

市場將是很好的證明

2021年,“SiP已經(jīng)成為高端片芯到片芯(die-to-die)小芯片型(chiplet-type)先進集成中以同等最先進封裝工藝提升手機融合與功能的代名詞,”Yole半導(dǎo)體、存儲及計算事業(yè)部封裝技術(shù)及市場分析師Vaibhav Trivedi斷言。他補充道:“SiP平臺在整合技術(shù)的競爭中對實現(xiàn)‘超摩爾定律’至關(guān)重要,因為高端封裝仍處于技術(shù)的最前沿。”

Yole預(yù)計,SiP市場將從2020年140億美元增長到2026年190億美元。SiP產(chǎn)品系列包含高端和中端SiP器件,而這些針對計算和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的器件比手機上的低端SiP利潤更高。高端SiP市場預(yù)計將在2020年和2026年之間增長9%(CAGR),手機中的低端RF SiP市場預(yù)計同期將略微增長5%(CAGR)。

SiP市場預(yù)測

Yole和逆向工程及成本核算公司System Plus Consulting還分析了主要手機制造商和供應(yīng)商所選擇封裝技術(shù)的增值,共同展現(xiàn)了SiP技術(shù)和相關(guān)市場遠(yuǎn)景,發(fā)現(xiàn)3D封裝正在改變半導(dǎo)體封裝的世界。

市場分析和預(yù)測

基于FC(倒裝芯片)和WB(引線鍵合)的SiP:預(yù)計將在2026年達到170億美元,復(fù)合年增長率為5%

ED(嵌入式片芯)SiP:預(yù)計將在2026年達到1.89億美元,復(fù)合年增長率為25%

FO(扇出)SiP:預(yù)計將在2026年達到16億美元,復(fù)合年增長率為6%

技術(shù)趨勢預(yù)測

FO平臺:被視為SiP的高端封裝選項之一

FC和IC基板:為了進一步擴大規(guī)模,行業(yè)需要強大的動力來開發(fā)新的基板處理技術(shù)

ED技術(shù):在采用方面仍處于早期階段

供應(yīng)鏈

過去五年中,SiP的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)成熟,大部分市場份額已整合到RF領(lǐng)域的頭部OSAT廠商,如ASE、Amkor和長電科技。這種整合將在未來幾年繼續(xù)下去。與2020年相比,上述三家2021年SiP業(yè)務(wù)收入預(yù)計將增加10-20%。

為什么需要SiP(技術(shù)層面)

在技術(shù)和路線圖方面,SiP平臺在生產(chǎn)更密集、更薄和更小外形器件的競爭中繼續(xù)推動著邊界。這些新工藝技術(shù)包括雙面注塑成型技術(shù),消除了底部片芯的填充操作,從而提高了成本結(jié)構(gòu)和制造效率。

在封裝創(chuàng)新方面,SiP組件是集成了各種AP(先進封裝)的平臺,支持有源和無源組件的集成。

SiP組件集成的各種AP平臺

SiP支持半導(dǎo)體行業(yè)的“MtM(時間測量方法)”異構(gòu)集成路線圖,具體體現(xiàn)在以下幾個方面:

  • 為系統(tǒng)設(shè)計者提供更大的靈活性:

混合和匹配IC技術(shù)有助于優(yōu)化每個功能塊的性能,降低成本。完全集成的SiP解決方案使設(shè)計人員能夠以最小的設(shè)計工作量在系統(tǒng)中實現(xiàn)藍(lán)牙攝像頭模塊等附加功能。

  • 更快的上市時間:

與SoC相比,不同的RF元件在在不同晶圓廠的不同節(jié)點上制造,縮短了上市時間。

  • 更好的性能:

各種IC和無源元件緊密放置,線路長度更短,R、L、C損耗更低,有助于實現(xiàn)更高的信號完整性和更低的功耗。

  • 降低系統(tǒng)成本:

與分立式封裝相比,優(yōu)化的SiP解決方案可降低總體系統(tǒng)成本。

  • 小尺寸:

通過在單個SiP中集成多個片芯和無源元件來減小子系統(tǒng)尺寸。

  • 可靠性:

與組裝在板上/PCB上的分立元件相比,焊點更好,因為SiP是模制的,可減輕接頭中的應(yīng)力。

SiP是將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源元件,以及MEMS或光學(xué)器件等優(yōu)先組裝到一起,實現(xiàn)一定功能的單個標(biāo)準(zhǔn)封裝件,形成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)。在SiP組裝中需要使用各種流程模塊——SiP工具箱。

SiP工具箱

SiP市場和技術(shù)趨勢

按終端市場細(xì)分,SiP封裝單元的最大市場是移動和消費,主要是智能手機和帶有RF SiP的5G部署在推動容量的增長,因為更薄、更密集和更小仍然是主流趨勢。

SiP移動和消費市場趨勢

從終端設(shè)備看,移動和消費市場將呈現(xiàn)以下特點:

未來五年,可穿戴設(shè)備、Wi-Fi路由器物聯(lián)網(wǎng)將在SiP市場空間獲得顯著增長,增長背后的主要驅(qū)動力是5G和傳感器。

隨著智能手表和SmarterBuds(智能無線耳機)應(yīng)用的使用量飆升,可穿戴設(shè)備2020-2026年14%的復(fù)合年增長率仍然是一個關(guān)鍵驅(qū)動力,并正在成為取代智能手機的主要增長領(lǐng)域。

由于5G部署和使用新的封裝設(shè)計,智能手機和RF SiP封裝仍然是SiP增長的關(guān)鍵因素,例如使用更多“增值”服務(wù)的封裝天線,從外部天線到天線“外殼”,或從PCB上的天線到封裝天線;更高的組件數(shù)量、雙面成型、劃區(qū)屏蔽和共形屏蔽。

個人電腦仍處于緩慢增長軌道,短期內(nèi)由于在家工作模式的流行,預(yù)計個人電腦的增長將高于“正常”增長。

還有其他市場,也是按終端設(shè)備劃分。

SiP其他市場趨勢

  • 電信和基礎(chǔ)設(shè)施SiP包括數(shù)據(jù)中心和基站等市場,采用高度復(fù)雜的高密度基板封裝,如帶有硅插入層和HBM(高帶寬存儲器)堆棧的2.5D解決方案。
  • 對于汽車和運輸,ADAS高級駕駛輔助系統(tǒng))和信息娛樂是主要驅(qū)動因素。盡管攝像頭只占很小一部分,但它的增長速度是最高的,預(yù)計ADAS單目、雙目和三目攝像頭都將采用SiP平臺。此外,VPU(視頻處理單元)和信息娛樂也需要計算能力。其大部分是MEMS(微機電系統(tǒng))和傳感器,主要用于壓力、IMU(慣性傳感器)、光學(xué)MEMS、微測輻射熱計、振蕩器和環(huán)境傳感器等應(yīng)用。
  • 在醫(yī)療、工業(yè)、國防和航空航天等其他市場,SiP的規(guī)模要小得多——盡管機器人和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用的增長相當(dāng)強勁。

按技術(shù)劃分,F(xiàn)C和WB SiP是最流行的SiP類型,也是行業(yè)中使用最多的。FO和ED SiP仍相對較新,用于較少的市場和較少的應(yīng)用。

按技術(shù)劃分,超過90%的SiP封裝收入來自FC/WB SiP封裝。然而,SiP的最高增長歸功于ED,它仍然是一種正在進入不同市場的新興技術(shù)。

新的SiP全球商業(yè)模式

過去五年,SiP全球商業(yè)模式發(fā)生了重大變化。OSAT在過去一直占據(jù)主導(dǎo)地位,5-8年前,需求在SiP領(lǐng)域有所分散。然而,隨著手機、RF演進和5G部署的發(fā)展,SiP已經(jīng)成熟,能夠有力地支持多個市場,首先是頭部OSAT主導(dǎo)的低端RF SiP市場由領(lǐng)先的原始設(shè)備制造商(如蘋果和三星)推動。

FC和WB SiP商業(yè)模式

隨著疫情大流行后的需求加速了全球基礎(chǔ)設(shè)施支出,高端SiP仍處于更高的增長軌道。多個細(xì)分市場的爆炸性增長促使IDM、代工廠、EMS(電子制造服務(wù))工廠和OSAT在這個蓬勃發(fā)展的市場上展開競爭。在IC組裝/封裝和SMT技術(shù)方面,OSAT和EMS模型之間也存在SiP協(xié)同效應(yīng)。

OSAT和EMS模型之間的SiP協(xié)同效應(yīng)

ASE旗下的USI創(chuàng)造了ASE收入的很大一部分,并將在幾年內(nèi)接近50%的收入。OSAT正在開發(fā)安裝50-100個無源SMT元件的能力,并管理幾年前還不熟悉的供應(yīng)鏈。英特爾和三星等IDM正在推動混合片芯到片芯互連堆疊封裝,如英特爾的Foveros架構(gòu)和三星的x-cube架構(gòu)。在不久的將來,這些片芯到晶圓或片芯到片芯互連將趨向于混合鍵合,從而提高器件性能和帶寬。英特爾還計劃在2023年之前在7nm硅節(jié)點上推出一款Co-EMIB服務(wù)器產(chǎn)品。

三星先進封裝技術(shù)路線圖

高端SiP的這些進步將繼續(xù)存在,預(yù)計頭部IDM和代工廠將增加并購,以提高其在最佳性價比范圍內(nèi)開發(fā)這些產(chǎn)品線的能力。

SiP的全球供應(yīng)鏈已經(jīng)變得很復(fù)雜,因為它跨越IDM、OSAT和代工廠。低端SiP業(yè)務(wù)(如RF SiP)由頭部OSAT(如ASE的SPIL、Amkor和JCET(長電科技))主導(dǎo),而蘋果仍然是智能手機應(yīng)用低端SiP領(lǐng)域SiP發(fā)展勢頭的最大驅(qū)動力之一。Amkor已在SiP平臺上投入了SiP專用的資本支出,宣布2021財年的預(yù)計總資本支出為7億美元,這是其過去4-5年中最大的資本支出年之一。Amkor將擴大其在韓國制造廠能力,SiP業(yè)務(wù)預(yù)計將增長20-30%。

SiP制造商和主要客戶

Amkor并不是唯一一家享受SiP業(yè)務(wù)增長的公司,ASE旗下的SPIL和USI在其SiP產(chǎn)品線中也獲得了顯著增長。ASE正在與低端SiP解決方案競爭,在低端SiP解決方案中,EMS可以發(fā)揮作用,同時,ASE也是基于OSAT的SiP業(yè)務(wù),主要針對RF前端應(yīng)用和5G芯片組的增長。

在封裝RF天線的發(fā)展過程中,出現(xiàn)了一個有趣的發(fā)展——OSAT增值服務(wù),如雙面組裝、雙面成型以及帶有許多無源元件的劃區(qū)和共形屏蔽,提高了封裝價值,為OSAT帶來了更大的收入流。然而,考慮到SiP需求的廣度,市場仍然由一些頭部OSAT鞏固和主導(dǎo),因為它們可以提供最佳的器件成本、可擴展性和可靠性。該業(yè)務(wù)仍然處于激烈的競爭當(dāng)中,抑制了能力、經(jīng)驗不足的新進入者。

關(guān)于扇出式SiP,臺積電在移動和服務(wù)器應(yīng)用的InFO-x產(chǎn)品線中保持著主導(dǎo)地位。長電科技和ASE的SPIL還為高端應(yīng)用提供了多芯片扇出模塊的健康組合。扇出式SiP封裝市場預(yù)計將以6%的復(fù)合年增長率增長,到2026年將成為一個16億美元以上的市場。

與扇出式SiP類似,嵌入式SiP的尺寸得到了TDK、Semco和ASE等利基廠商的支持,因為與傳統(tǒng)的基于倒裝芯片的方法相比,它提供了許多好處,例如更小的封裝占位面積、更好的信號傳輸和更好的熱管理,非常適合功率傳輸應(yīng)用。嵌入式芯片SiP封裝有望在未來幾年內(nèi)獲得發(fā)展,尤其是在汽車行業(yè)。

寫在最后:從“另類”走向流行

從2017年到現(xiàn)在,作為一種從封裝角度出發(fā)的“另類”解決方案,SiP得到了越來越多的關(guān)注。

SiP技術(shù)路線進展關(guān)鍵參數(shù)

今天,SiP已成為一種重要的先進封裝和系統(tǒng)集成技術(shù),是未來電子產(chǎn)品小型化和多功能化的重要技術(shù)路線。我們也期待它能夠助超摩爾定律一臂之力。

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