创新的商业模式出现了，但合并的可能性也在增加。
芯片需求的激增正在影响IC封装供应链，导致选择制造能力、各种封装类型、关键组件和设备的短缺。
包装现货短缺于2020年底浮出水面，并已蔓延至其他行业。现在，供应链中存在着各种各样的瓶颈。线键合和倒装芯片产能将在整个2021年保持紧张，以及许多不同的封装类型。此外，IC封装中使用的关键组件，即引线框架和基片，供应不足。台湾一家包装基材工厂最近发生的火灾使问题更加严重。除此之外，粘接器和其他设备的交货周期也在延长。
一般来说，动力在包装反映半导体业务的整体需求情况。从2020年年中开始，服务器和笔记本电脑市场增长势头强劲，为这些市场创造了对不同芯片和封装的巨大需求。此外，汽车行业的突然反弹使市场天翻地覆，导致芯片和代工产能普遍短缺。
半导体和封装市场的短缺并不新鲜，在IC行业的需求驱动周期中出现。不同的是，这个行业终于开始认识到包装的重要性。但包装供应链某些环节的脆弱性，尤其是基材，让许多人措手不及。
供应链的限制已经造成了一些发货延误，但目前尚不清楚问题是否会持续下去。毋庸置疑，我们迫切需要加强包装供应链。一方面，包装在整个行业中扮演着更重要的角色。oem需要更小、更快的芯片，这就需要新的、更好的、具有良好电气性能的IC封装。
与此同时，先进的包装正在成为开发新的系统级芯片设计的更可行的选择。芯片扩展的功率和性能优势在每个新节点上都在减少，而且自引入芯片以来，每个晶体管的成本一直在上升finFETs．因此，虽然扩展仍然是新设计的一个选择，但业界正在寻找替代方案，将多个异构芯片放在高级封装中是一种解决方案。
“人们已经意识到包装的重要性，”TechSearch International总裁扬·瓦尔达曼(Jan Vardaman)说。“它被提升到公司和半导体公司的公司层面的讨论。但我们正处于行业的关键时刻，如果我们的供应链没有处于良好的位置，我们根本无法满足需求。”
为了帮助行业获得市场的一些见解，半导体工程研究了当前的包装动态以及供应链，包括产能、封装和组件。
芯片/包装的繁荣
半导体行业就像坐过山车一样。2020年初，该业务看起来很光明，但随着新冠肺炎疫情的爆发，IC市场出现了下滑。
整个2020年，不同国家都采取了一些措施来缓解疫情，如居家令和关闭企业。经济动荡和失业很快随之而来。
但到2020年年中，随着居家经济推动了对电脑、平板电脑和电视的需求，IC市场反弹。根据VLSI研究公司的数据，2020年，集成电路行业以一个高基调结束，因为芯片销售额比2019年增长了8%。
这种势头延续到了2021年上半年。根据VLSI Research的数据，2021年半导体市场预计将增长11%。
华为首席运营官Tien Wu表示:“由于5G支持的物联网、边缘设备和智能设备，我们看到了巨大的需求。日月光半导体在最近的一次电话会议上。“随着高性能计算、云计算、电子商务以及5G的低延迟和高数据速率，我们看到智能设备、电动汽车和所有物联网应用的应用越来越多。”
去年，汽车市场不景气。最近，汽车公司看到了新的需求，但他们现在面临着一波芯片短缺。在某些情况下，汽车制造商被迫暂时关闭部分工厂。
拥有晶圆厂和晶圆代工厂的IC供应商无法满足汽车和其他市场的需求。“在2020年日历的大部分时间里，几乎所有技术的晶圆厂(200mm和300mm晶圆厂)都在以非常高的利用率运行，”中兴通讯业务发展副总裁Walter Ng表示联华电子．“汽车领域无论如何都不会被单独挑出来，因为所有领域和应用似乎都在供应紧张的情况下运行。去年下半年，许多汽车工厂因新冠肺炎停产。我们观察到许多汽车半导体供应商在此期间减少或停止订购。如果你考虑到这一点，再加上汽车行业的精益库存实践，这些可能是导致我们今天看到的汽车特定短缺的因素。”
有一些警告信号。“我们看到汽车半导体供应商的需求在20年第二季度初开始波动。直到20年第四季度初，我们才看到汽车半导体供应商的需求开始恢复到更典型的需求水平。”“作为一个大趋势，我们看到了汽车电子产品的大量增长，其中涵盖了从0.35微米离散MOSFET器件到28纳米/22纳米ADAS产品以及介于两者之间的所有工艺技术，如车身和底盘控制、信息娱乐和WiFi。我们预计，在可预见的未来，汽车用半导体的含量将继续增长。”
所有这些市场都推动了对包装容量和包装类型的需求。量化产能的一种方法是查看工厂利用率。
日月光半导体是全球最大的OSAT该公司的整体工厂利用率从2020年第一季度的75%增加到80%，到去年第二季度增加到85%左右。截至第三和第四季度，日月光半导体的包装利用率已超过80%。
2021年上半年，包装产能的总体需求仍然强劲，部分领域供应紧张。公司BGA产品副总裁Prasad Dhond表示:“我们看到产能普遍紧张。公司．“整个2020年，除汽车外，大多数终端市场都保持强劲。2021年，我们将继续看到这些市场的强劲势头，汽车行业也已复苏。因此，汽车市场的反弹无疑加剧了产能限制。”
包括岸上包装供应商在内的其他公司也看到了需求的增长。"美国本土的包装产能似乎保持稳定，"该公司销售和营销副总裁Rosie Medina表示Quik-Pak．“每个人都在尽其所能应对不断增长的需求。”
线粘接，引线框不足
市场上有许多不同的IC封装类型，每种都针对不同的应用。
划分封装市场的一种方法是通过互连类型，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。早在20世纪50年代就出现了一种用细线将一个芯片缝到另一个芯片或基板上的金属线焊接机。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。
2020年上半年，对钢丝键合产能的需求疲软，但在2020年第三季度飙升，导致钢丝键合产能收紧。日月光当时表示，至少在2021年下半年之前，线粘接产能将保持紧张。
有线债券市场也出现了其他趋势。日月光半导体的Wu在2020年第三季度的电话会议上表示:“我们正在做的堆叠芯片数量比以前更多。”“所以在这个特定的周期中，重要的不仅仅是体积。还有模具的数量，导线的数量，以及复杂性。”
到2021年为止，由于汽车和其他市场的繁荣，钢丝粘接产能受到限制。此外，要获得足够多的粘接器来满足需求也变得越来越困难。
"产能依然紧张，"日月光的Wu在最近的一次电话会议上表示。“上次，我说线材短缺至少会持续到今年第二季度。现在，我们正在稍微调整我们的观点。我们认为，2021年全年都将出现线粘剂短缺。”
在2020年初，购买粘接器相对容易。随着2020年底需求的回升，焊接器工具的交货时间延长至6至8个月。“目前，机器交付周期更像是6到9个月，”吴说。
线粘接器用于制作几种封装类型，如四平无引脚(QFN)，四平封装(QFP)和许多其他类型。
QFN和QFP属于封装类型的引线框组。引线框架是这些封装的关键部件，基本上是一个金属框架。在生产过程中，模具附着在框架上。引线用细线连接到模具上。
图1:QFN包。来源:维基百科
图2:QFN侧视图。来源:维基百科
quickk - pak的Medina说:“通常，qfn是线连接的，尽管你也可以为倒装芯片设计它们。”“虽然倒装芯片qfn的尺寸/占地面积比线键qfn小，但由于需要碰撞模具，它们的制造成本略高。许多客户会选择QFNs，因为它们体积小，成本效益高。传统的模压QFN格式是许多应用的经济选择。当标准JEDEC尺寸不适用时，定制尺寸也可以被认为是经济的，例如我们的开放式塑料包装(OmPPs)。它们有各种JEDEC格式和自定义配置。”
引线帧封装用于模拟、射频和其他市场的芯片。梅迪纳说:“我们看到对QFN套餐的需求比以往任何时候都要强劲。”“它们被用于许多终端市场，如医疗、商业和军事/航空。手持设备、可穿戴设备和包含多种组件的电路板是主要应用。”
然而，在繁荣周期中，挑战在于从第三方供应商获得足够的引线框架供应。引线框架业务是一个低利润的领域，经历了一波整合。一些供应商已经退出了这一业务。
如今，QFN封装的需求强劲，这就产生了对更多引线框架的需求。虽然一些包装公司能够确保足够的引线框架，但其他公司则看到了缺口。
Amkor公司的Dhond表示:“引线框架供应紧张。“供应商的产能跟不上需求。贵金属价格上涨也影响了引线框价格。”
先进的封装，基材的困境
许多高级封装类型的需求也很强劲，特别是倒装芯片球栅阵列(BGA)和倒装芯片芯片级封装(csp)。2.5D/3D、扇出和系统内封装(SiP)的体积也在增加。
倒装芯片是一种用于开发bga和其他封装的工艺。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。
图3:倒装芯片安装的侧面图。来源:维基百科
根据Yole Développement的数据，在汽车、计算机、笔记本电脑和其他产品的推动下，倒装芯片BGA封装市场预计将从2020年的100亿美元增长到2025年的120亿美元。
Amkor高级副总裁Roger St. Amand表示:“到2021年，倒装芯片产品的整体产能将继续保持高利用率，设备交付时间将延长至我们通常经历的2倍以上。”“根据现有的预测，我们预计这一趋势将持续到2021年，并持续到2022年，受到通信、计算和汽车细分市场需求增加的推动。总的来说，我们在所有倒装芯片封装技术中都看到了这种趋势。”
与此同时,扇出风扇封装是基于一种叫做WLP的技术。在扇出的一个例子中，内存芯片堆叠在封装中的逻辑芯片上。风扇，有时被称为csp，用于电源管理ic和射频芯片。据Yole称，到2025年，WLP市场预计将从2019年的33亿美元增长到55亿美元。
2.5 d/3 d软件包用于高端服务器和其他产品。在2.5D中，模具被堆叠或并排放置在模具的顶部插入器，其中包括tsv．
与此同时,一个SiP是一个自定义包，它由一个功能电子子系统组成。“我们看到了各种各样的新SiP项目，涵盖光学、音频和硅光子学，以及许多智能手机边缘设备，”日月光半导体的Wu说。
许多这些先进的封装类型使用层压基板，这是供不应求。其他封装不需要基板。这取决于应用程序。
基板作为封装中的基板，它将芯片连接到系统中的电路板上。基片由多层组成，每一层都包含金属走线和过孔。这些路由层提供了从芯片到电路板的电气连接。
层压板基材是双面或多层产品。一些包装有两个双面层，而更复杂的产品有18到20层。层压板基材基于各种材料集，如味之素(ABF)堆积材料和bt树脂。
一般来说，在供应链中，包装公司从各种第三方供应商那里购买基材，如伊比登、金士、新科、优尼康等。
问题从去年开始浮出水面，当时对层压板基材的需求激增，导致这些产品供应紧张。去年年底，台湾优尼康(unicicron)旗下一家制造厂发生火灾，这一问题进一步升级。优尼康将生产转移到其他工厂，但一些客户仍然无法获得足够的基片来满足需求。
最近几周，同一家unicicron工厂发生了另一起火灾，当时工人们正在清理工厂。不过，当时该工厂还没有投产。
持续的需求，加上供应链中的各种障碍，使2021年的基板情况变得更加糟糕。在某些情况下，基材的价格随着交货时间的延长而增加。
Amkor的St. Amand表示:“与我们在设备领域遇到的情况类似，我们看到倒装芯片衬底前置时间大幅增加。”“在某些情况下，衬底交货时间增加到行业通常情况下的4倍以上。这一趋势主要是由计算部门对大体和高层数单极ABF衬底的持续更高需求驱动的。此外，我们还看到了汽车行业的强劲复苏，在某些情况下，汽车行业正与上述对高端计算基板的需求直接竞争。我们还看到，在通信、消费和汽车领域，对用于较小车身产品的条形PPG基板的需求也在增长。”
与此同时，该行业正在研究解决问题的方法，但这些方法可能达不到要求。“我认为IC封装基板的商业模式基本上被打破了，”TechSearch的Vardaman说。“我们需要对这些业务关系采取某种新的方式，以保证供应。我们在定价上几乎把这些可怜的基板供应商打得半死。他们没能保持利润。这不是一个健康的局面。”
这里没有快速的解决办法。基板供应商可以简单地提高产品价格来提高利润率，但这并不能解决产能问题。
另一个可能的解决方案是基板供应商建立更多的制造能力来满足需求。但大规模的先进衬底生产线成本约为3亿美元。
Vardaman说:“如果这些基板公司认为产能在两到三年内不会被利用，那么他们就不愿意进行所需的投资。”“他们需要从他们的投资中获得回报，如果他们认为需求会减少，这将是非常困难的。如果他们投资产能过多，导致价格下跌，会发生什么?他们无法获得回报，利润受到影响。所以这是一个非常艰难的局面。我想说的是，正因为如此，我们的行业处于非常糟糕的境地。”
一个成本较低的选择是简单地提高现有衬底生产线的产量，从而实现更多可用的产品。但供应商需要在新的、昂贵的计量设备上投入更多资金。
包装公司也在寻找不同的解决方案。最明显的一个是从不同的供应商采购基材。但根据Vardaman的说法，一个新的基板供应商需要25周或25万美元才能获得资格。
另外，封装公司可以开发和销售更多的无衬底IC封装。但是许多系统需要带衬底的封装，在某些情况下，衬底更坚固可靠。
情况并非毫无希望。包装公司需要与供应商更紧密地合作。Amkor的Dhond说:“我们正在与客户合作，以获得更长期的预测来订购材料。”“我们正在确定第二个来源，以确保在适当的情况下供应。”
这也创造了一些新的机会。quick - pak去年推出了基板设计、制造和组装服务。有了这项服务，公司支持各种封装基片类型。quickk - pak的Medina说:“我们肯定看到了对我们基板开发服务的需求增加，通过该服务，我们为基于基板的组件创建了整体解决方案，以满足客户的包装要求。”“我们有能力将客户的要求汇集在一起，并利用价格和交货时间来选择正确的晶圆厂合作伙伴，这对于保持基板的供应在合理的交货时间表内至关重要。美国供应商可以将交货时间缩短50%以上。”
结论
显然，对包装的需求已经飙升，但该行业必须加强供应链。否则，包装供应商将面临更多的延误，如果不是失去机会。
缺点是，所有这些都需要更多的投资，为了达到一定的规模，可能需要在某些领域整合供应商基础。但它也为新的、更具创新性的方法打开了大门，这些方法对实现这一目标至关重要。
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