OSAT对半导体市场趋势的展望

对于半导体行业来说，2022年是非常有趣的一年。一方面，它见证了供应链的短缺。另一方面，宏观经济形势转向，对几种消费和计算设备的需求急剧下降。2022年，随着CHIPS法案的通过，与中国的贸易战和随之而来的供应链本地化形成了。汽车行业仍在从中断的影响中恢复。电动汽车(EV)领域的增长令人鼓舞，同时也对该行业构成挑战。

包装市场展望

半导体封装市场继续增长，预计到2027年将达到1180亿美元，从21-27年的复合年增长率(CAGR)为6.6%，见图1。这个市场一般分为主流而且先进的包装到2027年，后者预计将首次超过主流市场。

图1:先进包装与传统包装市场预测(2020-2027年)。来源:[1]。

这一增长是由数据中心的持续扩张、电动汽车的采用和业务的扩展所推动的5克人工智能(AI)。利率上升和消费支出下降也带来了一些不利因素，这些因素正在影响个人电脑(pc)、智能手机和游戏设备的销售。总体情绪是，这些逆风是过渡性的，一旦宏观经济状况稳定下来，增长将恢复。市场的总体趋势是在新产品中增加半导体含量，设备变得智能和互联，以及增加外包服务的使用。

虽然外包半导体组装和测试(OSAT)供应商不直接与消费者打交道，但他们也不能免受整体市场状况的影响。到2023年，大多数osat已宣布削减资本支出(CapEx)。随着需求稳定和新晶圆厂投产，我们预计2024年资本支出和制造业活动将增长。与基板相关的交货时间已经开始下降，这是半导体行业健康发展的一个好迹象。

数据中心和网络打包趋势

过去几年，由于大流行，基于云的应用程序加速发展。许多人逐渐习惯了在家工作、在家上课、在家娱乐或在家购物。所有这些功能都依赖于基于云的应用程序。这导致数据中心的资本支出在过去两年增长了30%以上。视频应用的爆炸式增长社交媒体平台．即将上市的新车也连接到云端进行软件更新。其中许多应用程序需要高性能计算和非常低的延迟。这迫使芯片设计人员研究新技术，如异构集成(HI)和芯片架构，以解决与此相关的一些挑战性能，功率和成本．

在20世纪90年代，有一种在芯片上构建系统(SoC)的运动，当时芯片设计师试图将主板上所有不同的构建模块放入一个芯片中，以提高系统性能。随着时间的推移，这导致了非常大的模具尺寸。向前发展，这些大型模具尺寸正在接近十字线的尺寸。异构集成或芯片架构有助于减少单个模具尺寸，同时保持性能并提高成品率，以降低总成本。

通用芯片互连快速(Universal Chiplet Interconnect Express, UCIe)联盟正在提议将整个行业的芯片互连标准化。一些最大的半导体供应商已经加入了这个联盟，并正在合作，以便来自不同供应商的芯片可以放在同一个封装中，并按设计功能。通过这些努力，芯片架构在未来几年应该会继续变得更加普遍。

图2小芯片[2]的UCIe异构集成。

异构集成通常涉及使用2.5D和3D组装几个不同的模具包装技术．许多铸造厂提供这些封装技术，他们可以在一个封装中集成几个自己的模具。osat也有类似的解决方案，他们可以从不同的铸造厂组装模具。使用3的额外优势^{理查德·道金斯}OSAT认为，他们可能已经与不同的代工厂合作，并已经建立了知识产权(IP)保护措施。公司有斯威夫特S-SWIFT和S-Connect技术，用于不同形式的异构集成解决方案。

图3:Amkor S-Connect技术。

移动包装趋势

近年来，移动市场停滞不前，到2022年，智能手机的总出货量下降了3-4%。中国市场受到大流行相关停产的严重影响。尽管智能手机的总数没有增长，但5G的使用率继续上升。消费品数据和情报提供商捷孚凯(GfK)的数据显示，2022年5g智能手机销量约为6.25亿部。

第五代新无线电(NR)或简称5G技术的驱动力包括更快的大数据传输，以及对更可靠连接、更快响应时间(低延迟)和更好覆盖的需求。对于毫米波应用，信号损失变得至关重要，设计挑战也增加了复杂性。除了新兴的5G智能手机，其他在非常高频率下运行的应用程序需要小尺寸，包括小型电池和雷达单元自主车辆以及众多的物联网(IoT)设备。

随着5G无线技术的兴起，蜂窝频段大幅增加，需要创新的解决方案来包装智能手机和其他支持5G的设备的射频(RF)前端(RFFE)模块。公司的双面成型球栅阵列(DSMBGA)包就是这种解决方案的一个例子，参见图4。双面封装技术极大地提高了用于智能手机和移动设备的射频前端模块的集成水平。

图4:双面成型球G掉数组包。

而不是一个单独的功率放大器(PA)，低噪声放大器(LNA)，开关，收发器，滤波器和一个离散的天线，今天的毫米波RFFE模块完全实现了完全集成封装天线(AiP)技术成套系统(SiP)的设计。集成使用多种技术完成，包括双面组装、先进的晶圆级再分配层(RDL)设计、无源组件集成和复杂的射频屏蔽技术，以提供当今最先进的5G封装解决方案[3]。图4所示的DSMBGA包广泛用于可穿戴设备和需要非常小尺寸的应用程序。

除了降低手持和其他小型毫米波设备所需的尺寸外，AiP设计还通过降低信号衰减来改善信号完整性，并解决在更高频率下发生的范围和传播挑战。

汽车包装趋势

在汽车领域，电气化、先进驾驶辅助系统(ADAS)和新型信息娱乐系统为包装和创新提供了重要的新机会。电动汽车销量的增长对汽车电气系统提出了新的要求。电动汽车预计将从2020年的每年约300万辆增长到2023年的每年约1300万辆。这意味着与EV/HEV相关的半导体将增长约30%。由于这种增长，诸如48 v生态系统正在开发和部署，以满足各种目标，如电池系统在更远的范围内的高效率。汽车的电气化程度、舒适性和先进的驾驶辅助系统越高，对总功率预算的需求就越高。这些新系统具有更高的功率密度，更低的配电损耗(I²R损失)，更高的效率，增加部署灵活性和更高的成本效益。

较新的半导体材料，如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)，已经进入市场空间，提供更好的性能。然而，为了实现全面的系统效益，封装技术需要跟上，而不是限制可实现的电气和热效益。电源设备包装已经从通孔封装演变为表面安装组件的引线，如D2PAK，DPAK而且所以8．如今，含铅封装正在被无铅表面贴装选项所取代，如TO无铅(人数)及无铅动力平板(PQFN)．例如，在电动汽车中，驱动电机的逆变器级使用额定高于48V的mosfet，而电流超过500A。通常，并联使用多个mosfet以满足全功率要求。TOLL封装(图5)的尺寸缩小了30%，外形尺寸缩小了50%以上，实现了紧凑的设计、大电流能力和低热阻(RthJC)[5]。

图5:D2PAK 7L vs. TOLL功率包。

许多系统级解决方案需要在一个包中包含多个芯片。OSATs正在利用他们在高性能计算和网络等其他细分市场的经验，为市场带来更高可靠性的创新解决方案，这是汽车原始设备制造商(oem)要求的。

总结

2023年的经济逆风可能是过渡性的，一旦宏观经济状况稳定下来，增长将恢复。与高性能计算、基于云的应用、汽车电气化和采用5G技术相关的更大行业趋势仍然保持不变。这些新技术带来了与提高性能、信号完整性、散热和模具尺寸相关的几个挑战。

用于异构集成的芯片、用于5G应用的DSMBGA包和用于汽车电气化的TOLL包是目前市场上可用的一些解决方案。对于其他可能解决新技术障碍的解决方案，需要OSAT和OEM在早期设计阶段的参与。通过合作，可以解决供应链和制造本地化的问题。

引用:

1. Yole Développement，《先进包装工业2021年现状》，第123页。
2. UCIe -为包装创新构建开放的芯片生态系统，2022年3月
3. 用于5G增长的封装天线(AiP)技术，芯片规模评论，2020年4月
4. Gartner, 2022年更新
5. 48V生态系统和功率封装趋势，2020年Amkor科技