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芯片短缺即将结束?

一些行业正在正常化,其他行业的影响可能会持续到2022年。

受欢迎程度

目前半导体和IC封装的短缺浪潮预计将持续到2022年,但也有迹象表明,供应可能最终会赶上需求。

半导体和封装行业的制造能力、材料和设备也是如此。尽管如此,在所有领域都出现了一段时间的短缺之后,目前的观点是,芯片供应可能会在2022年年中恢复相对正常,尽管汽车芯片等一些产品的短缺可能会持续整个2022年。然而,这取决于几个经济因素,所以这一切都可能在一夜之间改变。

这是半导体行业的一段混乱时期。2020年初,该业务看起来很光明,但在Covid-19爆发后市场出现了下滑。整个2020年,各国都采取了各种措施缓解疫情,如居家令和关闭企业。经济动荡很快随之而来。

到2020年年中,随着家庭经济推动了对计算机、电视和其他消费电子产品的需求,IC市场反弹。消费芯片和特定IC封装的短缺浮出水面。然后,在2021年上半年,对汽车、智能手机和其他产品的需求激增,导致这些行业的芯片短缺。如今,许多芯片类型供应紧张,交货时间长,而其他一些芯片则更容易找到。这取决于芯片和供应商。

全球芯片制造能力也很紧张,特别是在200mm晶圆厂更成熟的工艺方面。一段时间以来,200mm晶圆厂产能已经售罄,预计这种情况不会很快改变。现在,许多代工客户正准备迎接另一轮全面涨价。与此同时,在包装方面,部分包装类型将继续供不应求,许多领域产能紧张。选择设备的交货周期很长。

半导体短缺的情况也不完全是悲观的。IBS首席执行官汉德尔·琼斯在一份新报告中表示:“供需状况预计将主要在H1/2022年或H2/2022年得到解决,一些产品除外。”“半导体需求强劲的原因有很多。然而,由于市场饱和,过去推动需求增长的一些因素正在减弱。由于刺激措施的减少和高通胀的影响,消费者的购买力将会减弱。”

对于供应商来说,也有一些不祥的迹象。根据IBS的说法,产能过剩可能会在2022年下半年或2023年的某个时候发生,这取决于产品。

要解释每个半导体产品或封装的动态是不可能的。每一种都有自己的供需情况。但有几款关键产品对这种情况提供了一些见解。其中包括应用处理器、微控制器(mcu)、电源管理ic (pmic)和WiFi芯片以及各种封装技术。

工厂景观
多年来,集成电路行业经历了其上升和下降的份额。目前的经济好转是近年来最大的一次。根据IBS的数据,2021年半导体市场预计将达到5425.5亿美元,比2020年增长21.62%。IBS预计,2022年该市场预计将增长7.13%。

根据TEL的数据,晶圆厂设备(WFE)市场预计将在2021年增长40%。“随着对领先逻辑和内存的需求急剧上升,预计WFE市场将大幅扩张,”晶圆厂设备(WFE)总裁兼首席执行官Toshiki Kawai表示电话他在一次演讲中说。

尽管如此,半导体行业设计和制造了大量不同的芯片,如模拟、图形处理器、微处理器、内存和功率半导体。gpu、处理器和其他先进的逻辑芯片是在300mm晶圆厂生产的,采用了从16nm/14nm到5nm节点的各种工艺技术。(一种工艺技术是用于在晶圆厂制造特定芯片的配方。节点指的是一个特定的过程及其设计规则。)

从16nm/14nm到5nm,芯片制造商依赖finFETs.“与之前的平面晶体管相比,这种三面通过栅极接触的鳍片,可以更好地控制鳍片内形成的通道,”纳瑞萨·德尔格(Nerissa Draeger)说林的研究

300mm晶圆厂也用于65nm至28nm的成熟工艺节点。与此同时,其他芯片是在老式的200mm晶圆厂使用350nm至90nm工艺制造的。许多芯片也在晶圆厂生产更小的晶圆尺寸,如150mm、100mm等。

目前,无论是200mm晶圆厂还是300mm晶圆厂的成熟工艺节点,即使没有售罄,也是紧张的。“在过去几年里,对各种基于200mm和成熟CMOS技术节点≥28nm的芯片的需求激增,无论是传统CMOS、双极CMOS DMOS还是基于RF-SOI的工艺平台。这些器件包括mcu、pmic、数字显示驱动器ic (ddic)、RF ic和用于制造背面照明CMOS图像传感器的图像信号处理(ISP)晶圆。这一需求还受到几个细分市场的技术趋势的支撑,”Lam Research战略营销董事总经理大卫•海恩斯(David Haynes)表示。

Haynes说:“汽车ic的供应问题有据可据,但与此同时,消费产品、新的5G设备和显示应用的需求也在增加。”“情况进一步恶化,因为许多idm和制造这些芯片的代工厂生产的不是一种而是几种产品。从历史上看,他们能够重新平衡晶圆厂产能,以满足对某种产品类型的需求增长,但当对如此多产品的需求同时激增时,很难或不可能以这种方式调整产量。尽管某些设备类型(例如显示驱动器)的全球产能有所增加,但最近的报告表明,整个行业尚未实现供需平价。”

总而言之,代工产能紧张。“展望第四季度,我们预计晶圆出货量和ASP趋势将保持坚挺。8英寸和12英寸设备的产能利用率将继续保持满负荷运行,”Jason Wang表示。联华电子的联席总裁。

对于落后节点和领先节点,在可预见的未来,晶圆厂产能预计都将紧张。这取决于流程和供应商。“虽然我们不排除库存调整的可能性,但我们预计台积电的产能在2021年和整个2022年都将非常紧张,”台积电首席执行官魏则西在最近的一次电话会议上表示。

高德纳(Gartner)分析师塞缪尔·王(Samuel Wang)在总结情况时表示:“晶圆代工厂在2022年上半年大多已被预订。一些公司与无晶圆厂客户签订了3-4年的长期协议。Gartner的假设是,芯片库存将在2022年第二季度达到正常水平。小型供应商在各种零部件上的短缺可能会持续更长时间。”

应用程序处理器问题
与此同时,根据IBS的数据,无线是最大的半导体领域,占业务的40%。在无线领域,5G智能手机和相关基础设施是许多芯片的主要驱动因素。IBS表示,2021年5G智能手机的总出货量预计将达到5.78亿部,高于2020年的2.25亿部。尽管5G在许多地区正在增长,但中国的智能手机市场正在放缓。

5G智能手机由应用处理器、CMOS图像传感器、内存、pmic和RF等多种芯片组成。应用处理器是将CPU、图形和AI功能集成在同一芯片上的尖端设备。
图1:应用程序处理器的复杂性持续增长。来源:电话/维基百科
图1:应用程序处理器的复杂性持续增长。来源:电话/维基百科

苹果的新iPhone 13集成了A15应用处理器,基于台积电5nm工艺的150亿晶体管设计。许多其他手机采用了高通(Qualcomm)的骁龙888,这是一款5纳米芯片系统。

这些芯片是由代工供应商生产的。如今,台积电和三星是唯一有能力制造7nm和5nm芯片的代工供应商,并且都有3nm的研发。英特尔最近重新进入代工业务,正在加大10纳米和7纳米的研发力度,并在研发4纳米。

一段时间以来,基于5g的前沿应用处理器和芯片组的需求一直很强劲。但这些芯片的代工产能似乎略有不足。IBS的Jones表示:“晶圆产能短缺可能会持续到2021年第四季度或2022年第一季度。”

产能短缺将持续多久取决于几个因素。琼斯说:“苹果A15和高通骁龙888等最新设计的技术都是5nm,计划在2022年迁移到3nm。”“如果3纳米智能手机芯片组在2022年第二季度上升,那么在2022年第三季度或2022年第四季度,5纳米和7纳米芯片组可能会出现一些产能过剩。”

这种情况可能会改变。分析人士表示,预计2022年,苹果的iPhone 14将使用台积电的3nm工艺作为应用处理器。然而,现在iPhone 14预计将采用4nm技术。分析人士称,苹果定于2023年推出的iPhone 15将采用3nm应用处理器。换句话说,台积电3nm芯片的营收增长将推迟到2023年。

总而言之,各方的3nm生产匝道是一个移动的目标。琼斯表示:“有迹象表明,台积电和三星都将推迟扩大3nm晶圆产量。”

这并不是苹果和其他智能手机厂商面临的唯一问题。在最近一个季度,由于芯片和制造能力短缺,苹果遭遇了60亿美元的销售缺口。这一问题并不涉及前沿节点的接入,而是成熟工艺芯片的短缺。

据KeyBanc称,苹果的销售受到包括OLED触摸屏控制器在内的几个领域短缺的影响。触摸屏控制器用于控制显示器,采用成熟的工艺制造。

成熟节点的其他芯片也供应紧张,包括Wi-Fi 6芯片。Wi-Fi和部分RF芯片采用了28纳米、22纳米和16纳米的工艺。据IBS称,Wi-Fi和其他射频芯片的短缺可能会持续到2022年第二季度,甚至2022年第三季度。

用于智能手机和其他产品的pmic也一直供应紧张。pmic用于控制电力的流向和方向,使用180nm到40nm的工艺制造。根据IBS的数据,pics的短缺预计将持续到2022年第二季度或2022年第三季度。

单片机的困境
当谈到芯片短缺时,汽车行业是受打击最严重的行业。“到2021年,汽车行业的mcu和其他半导体短缺的成本可能达到50亿至100亿美元。不过,汽车公司已经能够通过专注于高端汽车来部分抵消亏损,高端汽车比低端汽车价格更高,利润也更高。”

一辆汽车包含了一些前沿芯片,但绝大多数设备都是基于成熟的节点。根据美国国际贸易委员会(U.S. International Trade Commission)的数据,每辆汽车平均包含价值约330美元的半导体,而混合动力电动汽车最多可包含3,500个芯片,价值约1,000美元。

2020年,由于新冠肺炎疫情的爆发,汽车需求下降,导致汽车供应商减少了芯片订单。但到2021年初,汽车业务出现反弹。面对低库存的芯片,汽车供应商试图从供应商订购更多的芯片。但随着智能手机供应商和其他供应商抢在前面,供应商们发现自己排在了最后。

由于无法获得足够的芯片来满足需求,许多汽车原始设备制造商降低了销售目标。一些公司甚至暂时停止了部分生产线。

最近,瑞萨的一家晶圆厂起火,导致工厂停产和供应中断,问题变得越来越严重。这家晶圆厂最近重新投入生产,生产mcu和其他芯片。

今天,汽车芯片短缺仍然是个问题。有迹象表明,供应正在赶上,但这种情况可能会持续到2022年。

恩智浦是全球最大的汽车芯片供应商之一,是这方面的领头羊。恩智浦总裁兼首席执行官Kurt Sievers在电话会议上表示:“对恩智浦来说,我们约75%的汽车产品的交货期仍在52周以上。“总之,我们认为,到2022年,汽车供需平衡将继续失衡。”

恩智浦约42%的产品是通过内部晶圆厂生产的。另一部分由GlobalFoundries、台积电等代工厂生产。

在汽车领域,MCU的短缺尤其成问题。微处理器为汽车和其他系统提供加工功能,在不同节点的晶圆厂进行加工,如180nm到28nm。一些MCU制造商有晶圆厂。许多零件外包给铸造厂。

无论哪种情况,汽车产能仍不足以满足汽车行业的需求。根据IBS的数据,目前汽车mcu的晶圆平均价格为1800美元(300mm当量),晶圆产能约为每月44万片(wpm)。但据该公司称,该行业还需要10万wpm来解决汽车MCU的短缺问题。

作为回应,晶圆代工厂和拥有晶圆厂的MCU制造商正在增加产能。总有一天,产能会赶上需求。“因此,mcu的供应短缺应该会在H2/2022年结束。在2022年第二季度或2023年,汽车行业也有可能出现产能过剩(即使设计周期较长)。”

包装景观
与以前一样,IC封装市场的动态反映了半导体业务的供应/需求情况。一段时间以来,芯片需求的持续激增导致了特定制造能力、各种封装类型、关键组件和设备的短缺。

以制造业产能为例。日月光半导体2020年第四季度的工厂利用率高于80%。截至2021年第二季度,日月光半导体的封装/组装利用率为85%,测试利用率接近80%。

2021年,第三季度也很紧张。“我们仍在开足马力运营,开工率超过85%。这种情况将持续到第四季度。测试超过80%,(也就是说)也将持续到第四季度。日月光半导体在最近的一次电话会议上。

因此,包装公司正在扩大产能以满足需求。为了满足市场需求,JCET已宣布在中国宿迁的第二期IC封装和测试设施正式启用。“今年下半年,JCET全球制造中心将继续优化他们的量产技术和运营效率,”JCET首席执行官李征表示JCET

但是,一揽子计划由许多组件组成,而这些组件本身是短缺的。例如,许多封装由基材或基板组成。

Promex的销售和营销副总裁Rosie Medina说:“基材的交货周期已经从2-4周增加到16-20周QP技术

如今,市场上大约有1000种包装类型。每一个都是针对不同的应用程序,有自己的供应/需求情况。

分割包装市场的一种方法是互连类型,其中包括线键合、倒装芯片、晶圆级封装(WLP)和过硅通道(tsv)。互连是用来连接一个模具到另一个封装。tsv具有最高的I/O计数,其次是WLP、倒装芯片和线键合。

根据TechSearch的数据,目前大约75%到80%的封装是基于线粘接的。线键合主要用于低成本的遗留封装、中端封装和内存芯片堆叠。多年来,包装公司一直在增加钢丝粘接能力,但最近在这个领域出现了投资不足的情况。然后,在2020年底,钢丝粘接组件的需求飙升,导致产能短缺。这一缺口将持续到2021年。

“几个季度以来,市场都相当紧张,”尼达姆(Needham)分析师Charles Shi表示。“这要追溯到半导体短缺的情况。简而言之,高级流程节点并不多。缺陷包括后缘节点,这往往需要钢丝键合。这就导致了一个大问题。晶圆厂中,后缘工艺节点产能不足。那么,硬币的另一面,线键合能力也短。它们结合在一起,就像采用后缘工艺制造的芯片通常会进行线键合一样。”

线键合器用于制作几种封装类型,如四平无引脚(QFN)。QFN属于包的引线框组。引线架是一种金属框架。在生产过程中,模具被连接到框架上,引线用细线连接到模具上。

“和其他所有人一样,我们也看到了短缺和交货时间延长,特别是在材料方面,这影响了几项技术。例如,我们为晶圆背磨机等待磨削刀片的时间要长得多,引线架的交货时间也提高了两倍,”Promex/QP的Medina说。“我们增加了新的电线粘结剂,这增加了我们的产能和执行重型电线和带状粘结的能力。我们还推出了定制基板开发业务。我们一直在稳步增加员工数量,延长轮班时间,以满足客户需求。”

其他公司也走在了前面。“线材粘接短缺主要是由芯片和材料的供应链限制造成的。到目前为止,Amkor正在以最小的影响管理这一问题,”该公司Wirebond/Power & Automotive业务部门高级副总裁Siva Mohandass说公司

然而,获得钢丝键合设备仍然具有挑战性。分析师表示,今年早些时候,有线债券的交付周期为10至12个月。他们指出,目前,交货时间约为3至6个月。

除了线键合芯片,倒装芯片的需求也很强劲。倒装芯片用于开发bga和其他封装类型。在倒装芯片过程中,在芯片顶部形成铜凸起或铜柱。该设备翻转并安装在单独的模具或板上。这些凸起落在铜垫上,形成了电气连接。

“倒装芯片需求强劲。人们增加了很多产能,”李约瑟的史说。“倒装芯片设备的交货时间并不像线键机那样糟糕。这告诉我,倒装芯片的容量确实很紧张,但没有线键合那么紧。”

先进的包装工具需求
与此同时,扇出包装是WLP的一种,在智能手机、手表和其他产品中越来越受欢迎。在扇出的一个例子中,一个DRAM芯片被堆叠在逻辑芯片上。

tsv用于先进的2.5D/3D封装,目标是高端系统。在2.5D/3D中,模具被堆叠或并排放置在包含tsv的中间体顶部。tsv提供从模具到电路板的电气连接。
图2:高性能计算封装的不同选项,基于中间层的2.5D vs基板上扇出芯片(FOCoS)。来源:日月光半导体

图2:高性能计算封装的不同选项,基于中间层的2.5D vs基板上扇出芯片(FOCoS)。来源:日月光半导体

AMD、英特尔和其他公司一直在使用芯片模型开发新的类似3d的包。为chiplets在美国,芯片制造商的库中可能有一份模块化芯片的菜单。然后,客户可以混合和匹配这些芯片,并将它们集成到现有的包类型或新架构中。

“因此,系统可以通过使用最好的处理器组件和最优的性能/成本过程节点来优化,”来自中国的高级项目经理小刘说布鲁尔科学

使用这种方法,英特尔正在堆叠模具,并使用细间距铜凸起进行连接。这是使用一种称为热压粘结剂(TCB)的系统完成的。

TCB系统的需求正在上升。“截至2021年2月,ASM太平洋公司在全球共出货250台tcb,我们估计其中大部分流向了英特尔,”Needham的Shi说。Besi, K&S等公司也销售TCB系统。

与此同时,AMD正在实施一项名为铜混合键合的新技术,该技术使用铜-铜互连,而不是凸点,用于比传统封装具有更多I/ o的更细间距封装。

AMD将使用台积电的混合键合技术。据史说,台积电正在其台湾的新工厂内安装来自贝西的混合键合设备。“在大约一两年的时间里,混合粘接设备市场有望起飞,”Shi说。Besi宣布,该公司正在马来西亚建造一家新工厂,专门生产混合动力粘接系统。工厂的设计产能是每月12-15套,或每年150套。”

结论
芯片/封装供应链是复杂的,有各种各样的动态。它需要一个记分卡来跟踪所有事情。

所有这些都让各公司的采购小组在目前以及可预见的未来都很忙。

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2的评论

阿尼 说:

请说明哪家公司在俄亥俄州进行半扩建?

马克LaPedus 说:

英特尔正在俄亥俄州建造一个新的工厂。这是一个300mm的尖端工厂,不是200mm的工厂。预计将于2025年投产。所以短期内不会解决芯片短缺的问题。看到的:https://新利体育下载注册www.es-frst.com/week-in-review-manufacturing-test-181/

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