晶圆代工厂涉足封装,会给OSAT带来威胁吗?

从现状看来,随着封装业者开始逐步转入2.5d/3d技术,高密度fan-out和其他封装工艺,可见的先进ic封装市场似乎开始进入了一个高风险的竞争战场。
而回顾整个封装技术的变革,在tsmc在几年前开始涉足先进封装技术之后,曾经一度由osat主导并掌控的客户芯片封装需求的市场逐渐发生了变化,今年苹果的a10封装导入了台积电的的fan-out技术,对osat来说就是一个信号。
而在这之后,也传出了三星和intel将谋划进攻先进封装产业,如果真是这样的话,那么第一阵型的三个fab将会在不久的将来直接和osat竞争,虽然并不是所有的fab都有这样的能力,但fab第一梯队的进入,会对osat造成冲击。
同时根据分析机构披露,在a10的fan-out封装上尝到甜头的台积电在先进封装上加大了研发和投资的力度。他们用在先进封装研发上的资金已高达10亿美元。而intel也表示,他们在先进封装上的研发成本比两个最大的osat加起来的研发成本还要高。一场fab和osat的奇怪战争,即将打响。
作为回应,osat掀起了并购热潮,准备通过整合资源的方式来应对这种挑战。日月光和矽品的合并就是明显的一个例子。
但据观察,这股趋势也会给他们的芯片设计客户带来新的困扰:
首先就是芯片制造商和oem们正在评估这些封装技术,为其未来的产品选择合适的方案,但这看起来是一个很复杂和困难的工作;
其次,为了寻找一个先进封装的供应商,现在他们又面临了三种选择:fab的整体解决方案、osat单独解决、fab和osat联手解决封装。
对于这些芯片厂商和oem来说,如何选择解决办法,就成为了一个大问题。
但就我们看来,因为每周解决方法都有相应的有点和决定,所以最终选择哪种封装解决方案,是由需求决定的。
例如,如果选择fab一站式解决制造和封装的这种方案,由于整个流程由fab操控,因此中间很多的花费就由fab主导,芯片制造商们议价的能力就不高,丧失了以前了osat谈判的灵活性。当然这些选择跟多取决于客户需求。
虽然目前有很多厂商投入到fan-out等技术的研发,也有很多的潜在osat兼并事件将发生,但是从目前看来,我们也不能那种封装技术会在未来中胜出,osat产业面临大问题了。
先进封装前景看好
fab和osat都在追逐先进封装技术,归根到底就一个字——钱。因为根据很多分析机构的报告,先进封装在未来会是一个大市场。因此fab想在萧条的ic工业中寻找新的成长空间,就瞄向了先进封装;而这本身就是osat挣钱的来源,努力巩固已有市场也是刻不容缓。
根据数据显示,到2020年,先进封装的市场规模预计会高达300亿美元,较之2014年的202亿美元有显著的增长。倒装芯片会长期在这个市场中扮演一个重要角色。但在可预见的未来,fan-out的成长速度会非常快。
根据yole的数据,到2020年,fan-out的市场规模会从2015年的2.44亿美元暴增到24亿美元。
与此同时,使用tsv的2.5d封装技术在未来几年的年成长率也会高达22%。
而据观察,推动先进封装往快速增长的原因有以下几点,最明显的就是芯片制造商想缩小封装尺寸,并提高芯片性能。在芯片的制造过程中,有很多因素需要考虑,但由于封装对于整体成本和性能有重要的影响,所以一般芯片制造商在早期就会在选择的时候非常慎重,这就是是先进封装发展的动力之一。
举个例如,在过去,智能手机芯片用的最多的封装技术是pop封装,虽然这个技术还是被手机芯片采用,但很显然的是,它不再是主流。因为厚度0.5左右的pop芯片在带宽和能耗上面的一些限制逐渐凸显。而为了取替pop,晶圆厂和osat投入到了一系列先进和具有竞争性的技术的研发。
当中一个出色竞争者就是应用在苹果a10上的扇出型晶圆级封装技术(fowlp),晶圆级封装是指在芯片还是wafer阶段就引入封装流程,这样就可以缩小封装尺寸。
从现在看来,晶圆级封装包含两项技术,那就是csp和fan-out。csp是一个fan-in技术,在这个封装中,i/o是位于锡球的上部。但在200个i/o和0.6mm的规格上,fan-in似乎就满足不了需求了。
而在fan0-out,独立的die嵌入到环氧材料中,而内部连接则在rdl到焊接凸点之间扇形展开,这样则可以实现更多的i/o。
从低pin的应用到高pin的fpga,fan-out对于芯片设计商的吸引力都是巨大的。
另外,多芯片解决方案也会逐渐受关注,这种根据需要,将其soc上不同fab技术的数字和模拟部分分割开的方法能获得更好的解决方案。
而对客户来说,fan-out能给他们提供更多的选择。
例如在降低soc设计的尺寸上,相较于使用传统的方式,fan-out能更好的实现高集成度的系统级封装,随着nre成本的增加,这是一个很好的选择。更重要的是,fan-out能够满足即将爆发的iot多样化应用的需求。
但我们也不能否认,客户也面临着选择的烦恼。就拿高密度的fan-out来说,就有三种不同的方案:chip-first/face-down; chip-first/face-up和chip-last(rdl first)。
chip-first是在生成rdl之前,先将die附着在一个临时或者永久的材料架构上的工艺进程、而chip-last则是先生成rdl,再导入die的过程。
第一波fan-out潮流叫ewlb(embedded wafer-level ball-grid array),那时候采用的是chip-first/face-down方案。
现在,ase、jcet/stats,、namium和其他厂商正在追逐第二波fan-out封装技术,他们追逐的也是一种接近于ewlb的chip-first/face down技术。这对于小die尺寸、低i/o和不多的rdl来说,是一个完美的选择。
与此同时,tsmc和deca则选择chip-first/face up的方案,这样能够支持更多的i/o,更多的rdl层,更小的线宽。
而amkor则在追逐chip-down方案。这种方案对于那些将memory和其它die结合在一起的ap来说,是一个很好的选择。
现在苹果是第一个使用高密度fan-out的厂商,更多oem厂商还处于观望状态,因为毕竟新技术的导入成本比较贵。传统的ewlb fan out的成本对oem来说还是不错的,但根据访谈得知,如果性能表现能够获得厂商的认可,他们也会考虑导入新一代fan-out。
但oem也是有顾虑的,他们想要一个fan-out的备用供应商,但由于fan-out没有统一的标准,这就导致他们只能和供应商打造专用方案。有时候这样的风险会很大。
除了fan-out以外,市场还在追逐另一种类的高端封装市场,例如使用硅中介层和tsv的2.5d堆栈die。到目前位置,这种方案,只吸引了fpga厂商、图形芯片厂商和memory厂商的目光。
除此之外,intel正在推行一种叫做emib(embedded multi-die interconnect bridge)的技术,这种技术的优势在于在封装中,die边缘只需要很一小片的silicon去连接到一起。对比于需要更多silicon的2.5d技术,emib的成本优势是明显的。
选择fab的封装解决方案?
对于oem来说,选择合适的技术只是其中的一个挑战。供应商的选择是另外一个难题,尤其是在fab和osat中选择的时候,更是难上加难。
随着技术的发展,市场上开始出现了两种类型的fab,一种是不会和osat有很强竞争关系的,与不会和封装厂合作,但他们会提供一些简单的封装产品,例如硅中介层开发、tsv构造等。
另一种就是直接和封装厂竞争的,他们会提供完整的封装解决方案,他们也会osat有合作,这主要取决于产品的类型。
提供全方位服务的fab相比于osat,能够给oem更多的支持,同样也会带来比osat更复杂的运营成本。
在过去,单纯的fab的毛利可以高达50%。而osat的毛利只有25%左右。如果fab涉及封装的话,他们就会面临毛利下降的危险。但换个角度看,fab可以在封装过程中抵消这种风险。因为通过提供前端的制造服务,他们更容易的从后端获得更多的收益。
但每家的策略不一样,例如intel和tsmc主推交钥匙式的封装服务。
三星虽然和tsmc和intel都提供封装服务,但他不会涉及市场容量大的封装,他更愿意将其交给osat厂商。按照他们的说法,他们未来会持续保持和ase、amkor等厂商的紧密合作关系。
例如美光,他们的3d ram产品叫做hmc,在生产过程中,格罗方德会提供tsv构造制程和其他一些封装工作。格罗方德也会研究一些硅中介层的技术,但他们不会将这些芯片封装技术开放给客户。因为他们的观点是不会和osat竞争。
umc同样也提供前端的tsv制造服务,但他们依然游离在封装之外,选择和osat合作。按照联电的说法,无论大或小的oem,在制造芯片的时候,都需要灵活性,而umc的总是就是给他们提供选择的灵活性。
依然选择osat?
和fab一样,在先进制程方面,osat同样有其优势和劣势,因为osat也不能覆盖所有的封装技术。
但和fab有一点不同的是,osat有了更大的灵活性,能够满足大型产品多样化的设计和生产、制造需求。他们能够从不同的fab拿到die进行封装,这是sip封装的关键,也是osat的优势。
但是,客户也要对osat保持密切的关注。因为随着时间的推移,成本的增加,越来越少的osat能跟进先进封装技术的研发。也是因为这个原因,osat的并购潮会出现,而这种情况的出现,对于oem来说是有利的。因为并购带来更多的资金,带来更强的研发能力,能够满足他们的需求。
例如ase和spil的合并,会带来更强的竞争优势,更多的新产品。
在更早的时候,ase投资了deca,因为他想将deca的fan-out技术带回***。除了deca的fan-out,ase更是投入到好多种fan-out封装技术的研发。光spil就投入了至少三种fan-out的研发。
还有其他封装竞争者在fan-out投入。
考虑到市场的固定,问题就来到了,是否有足够的空间给这种osat厂商。

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