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数字化智能时代的芯片封装技术
2017-12-22 23:19:46   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

数字化智能时代背景下,智能硬件对集成电路芯片的性能提出了更高的要求,先进封装会向什么方向发展?为此,麦姆斯咨询采访了日月光集团副总裁郭一凡博士。

微访谈:日月光集团 副总裁 郭一凡博士

日月光集团副总裁 郭一凡博士

采访背景:根据Yole最新发布的《先进封装产业现状-2017版》报告,2016~2022年期间,先进封装产业总体营收的复合年增长率(CAGR)预计可达7%。其中,Fan-out(扇出型)封装是增长速度最快的先进封装平台,增长速度达到了36%,紧随其后的是2.5D/3D TSV平台,增长速度为28%。而在上个月,中国商务部发布公告,以附加限制性条件批准了全球封装测试龙头日月光集团对第四大封测厂矽品精密的股权收购案。两位封测巨头的合并,对全球先进封装产业会有什么影响?数字化智能时代背景下,智能硬件对集成电路芯片的性能提出了更高的要求,先进封装会向什么方向发展?为此,麦姆斯咨询采访了日月光集团副总裁郭一凡博士。

全球主要制造商的先进封装晶圆市场份额

全球主要制造商的先进封装晶圆市场份额

(引自《先进封装产业现状-2017版》

麦姆斯咨询:2017年11月24日,中国商务部发布公告,以附加限制性条件批准了日月光对矽品的股权收购案,意味着这场全球封测龙头对第四大封测厂的收购案相继通过了美国、台湾和中国大陆的反垄断审批,即将正式成行。您认为双方的合并将对全球封装市场格局带来哪些影响?

郭一凡:我个人认为近两年内,双方的合并对整个封测市场带来的影响可能不会很大。尽管两家公司合并以后在全球封测市场的总市占率近40%,毫无疑问将成为全球封测业的巨舰。但是,封测业并不像产品专一的芯片产业,巨头之间的并购能够迅速产生规模效应。封测业具有多元化、分散化以及高度定制化(Customized)的特点,它几乎没有标准的通用工艺。比如我们日月光,有几千家客户,几万种产品,大多是定制化的工艺。因此,即使有我们这样的龙头存在,其它厂商也总会找到自己的切入点。不过,两家企业的合并所带来的规模优势肯定存在,对供应链的把控,更加灵活、充沛的产能,以及规模化所带来的议价能力,都会对那些小体量的封测厂商带来影响。

麦姆斯咨询:未来日月光和矽品将如何凭借规模优势和运营成本优势,合力开拓先进封装市场?

郭一凡:日月光集团一直是下属各营运中心独立运营权利比较下放的公司。每个营运中心都有比较大的自主运营权,能够充分融合当地的产业链和客户。因此,日月光和矽品在合并以后应该也会在前期保持相对独立的运营。除了管理层面的整合以外,研发管理方面的规模效应会得到更集中的体现,研发突破能力更强,并且能节约双方的研发支出。不过,因为我们处于产业链的下游,在研发方面的投入本身不高,大约占总体营收的5%,在投入方面跟芯片设计等上游厂商没法比。因此,这种规模化的优势,可能更主要的是一方面体现在议价能力,另一方面便是面对大客户的供应链快速调动能力和产能优势。

麦姆斯咨询:近期,矽品董事会决议以总金额10.26亿人民币将子公司矽品科技(苏州)有限公司的30%股权交易给紫光集团,您如何评价此次股权交易,是否代表着两岸在封测领域深入合作的开始?

郭一凡:中国大陆大力发展半导体产业,需要整个产业链均衡发展,才能做大做强。因此,需要掌握半导体产业链的各个环节,如果整个半导体产业链无法完整拼接,将来还是会受制于人。紫光集团此次股权收购,就是看到了产业链垂直整合的机会。现在,全球前十位封测供应商中,除了Amkor(安靠),其它均为大陆和台湾厂商。此次紫光收购矽品子公司股权,是大陆和台湾在封测领域的首次大规模合作,期待未来两岸会有更多更深入的合作。

麦姆斯咨询:日月光是台湾封测厂商中最早投入系统级封装(SiP)的厂商,目前已经构建了全球最完善的系统级封装布局,请您简单介绍一下日月光的系统级封装技术。

郭一凡:日月光的系统级封装技术始于对环旭电子(USI)的收购,环旭是耕耘多年的系统级供应商,在系统设计和组装方面具有很大的技术优势,而日月光则是在器件组装的流程和工艺方面有优势。事实上,SiP不是简单的将多个元器件封装在一起就能称做SiP。SiP需要将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件异质集成在一起,实现多种系统级的功能和应用,形成一个系统或者子系统。SiP最好的例子便是苹果手表(Apple Watch),苹果手表的SiP将40多个芯片、400多个元器件,集成在了一个模块中,这是最具有代表性的SiP。这么多个子系统互相之间的干扰如何解决,互相之间还需要实现独立的测试,这些都是SiP工艺的关键点和难点。苹果手表SiP的成本中一半以上都在测试设备上。如我刚才所说,只掌握封测产业链中的一个环节很难成功,只有一个点是做不好SiP的。因此,苹果手表的SiP是由环旭主导,系统设计、布局和测试都由环旭来完成,而日月光负责按环旭的设计完成这些器件的封装整合。环旭和日月光走到一起,通过双方的合作和积累,才成就了日月光在SiP领域的领导地位。

封装工艺不再是“标准”流程,而是整体设计/制造中的一环

封装工艺不再是“标准”流程,而是整体设计/制造中的一环

(图片由郭一凡博士提供)

麦姆斯咨询:先进封装技术如何提升集成电路的性能?先进封装技术未来的发展方向?

郭一凡:先进封装技术的发展伴随着摩尔定律的不断推进,它的发展永远是为了提高集成电路的处理速度和性能。那如何通过封装技术来实现呢,主要便是不断提高芯片封装密度,缩小封装尺寸和线长,增加I/O数量,以空间换时间。因此,解决集成电路性能瓶颈的有效封装解决方案主要包括:3D封装和系统级封装(SiP)。封装工艺将不再是“标准”的流程,而是整体设计/制造中重要的一环。

3D封装解决中央处理器和存储器之间的瓶颈

3D封装解决中央处理器和存储器之间的瓶颈

(图片由郭一凡博士提供)

系统级封装解决CPU和外部器件之间的瓶颈

系统级封装解决CPU和外部器件之间的瓶颈

(图片由郭一凡博士提供)

麦姆斯咨询:日月光财报显示,集团前11月营收创同期新高,第四季度营收有望创历史新高,日月光取得辉煌业绩的原因和举措有哪些?

郭一凡:这主要还是源于全球经济的发展,源自市场的需求。当然,日月光的技术和产能,基本上能满足所有类型的客户需求,因此具有很强的竞争力。并且,日月光的各个营运中心都非常的灵活,产能利用率更高,只要市场需求一放量,日月光自然消化的最好。

麦姆斯咨询:日月光集团在中国大陆上海、威海、深圳和昆山都设有工厂,但是高端封测和研发中心都集中在台湾地区,日前,日月光集团又宣布将在台湾重金千亿新台币建设高端封测厂,面对全球半导体市场的中心——中国大陆,日月光是否有高端封测厂的布局计划?

郭一凡:集团未来的战略布局我不清楚也不做评价,但是,就目前而言,台湾地区的封测厂在经验积累、工艺开发和设备更新方面,确实仍领先大陆地区。然而,从产业趋势来看,大陆现在已经是全球半导体市场的中心,2017年大陆半导体设计业的市场规模已经超越台湾。未来随着华为等本土芯片设计厂商的发展,对高端封测的需求将不断增长,再加上产业链和供应链的本土化需要,我个人认为,全球的半导体产业链都会往大陆倾斜,应该只是时间早晚的问题。

麦姆斯咨询:长电科技、天水华天、通富微电等中国封测大厂通过自身发展和企业并购,获得了优于全球封测产业水平的两位数高增长,现已分别位列全球封测厂商第3、6、7位,长电科技的市占率更是已经达到11.9%,如何评价大陆封测产业的崛起?

郭一凡:我个人认为封测业的崛起还是需要依靠当地的芯片设计和代工技术的发展。就如我刚才所说的,半导体产业链需要均衡发展,芯片设计和代工技术的进步,是推动封测业技术发展的主要驱动力。先进的芯片设计和先进的代工技术,自然会催生先进的封装技术。例如,台积电的发展,对带动日月光起到了决定性作用。

市场主要厂商的扇出型封装产能

市场主要厂商的扇出型封装产能

(引自《扇出型封装技术和市场趋势-2017版》

麦姆斯咨询:上个世纪以来,日月光就和台积电缔结了战略联盟,由台积电代工制造的晶圆直接交给日月光封装测试,建立了完善的产业链。不过,过去作为纯代工厂的台积电,得益于InFo(集成扇出型封装技术)封装的成功,现在已经进入前10位封装厂行列。日月光和台积电在先进封装方向是否有部分工艺重叠?双方是否存在潜在的竞争关系?未来将会怎样继续合作?

郭一凡:日月光和台积电之间便是产业链均衡发展的典型,绝对是全面的融合创新。台积电的InFo封装就是一个契机,在苹果公司需求量比较大的一种封装形式上做了布局。苹果在这个点需要他做这个封装,他正好有这个设备有这个能力,于是就做了。但是,这个封装的利润率相比台积电代工业务的利润率低很多,所以台积电不会铺开去过多涉足封装。当然,双方的竞争关系会有一点,但是不会对双方的合作有本质影响。从整个半导体产业来看,各个产业链环节的划分和定位短期内不会改变,大部分厂商都不会走三星这样的IDM模式。台积电和日月光未来也会以独立的外包代工厂继续存在,双方也许在部分环节上有一些重叠,但是对双方未来在产业链上的合作不会有任何影响。

麦姆斯咨询:据悉,日月光已建成2万片月产能的FOWLP(扇出型晶圆级封装)封装生产线,成为继台积电之后、全球第二家可以为客户量产FOWLP封装的半导体代工厂,和台积电的InFo技术相比,日月光的FOWLP技术有何特点?

郭一凡:现在可以量产扇出型封装的代工厂比较多了,长电和华天也已经有量产能力。台积电的InFo技术采用芯片朝上的方式,其它大多采用芯片朝下的方式,另外在工艺流程和应用方面略有差异。扇出型封装最早由英飞凌开发,并申请了很多专利。因此,各厂商为了规避其专利,开发了各自的扇出型封装技术。总体上各家都差不多,性能上大同小异,设备和造价也没有太大的区别。

麦姆斯咨询:就MEMS业务而言,目前MEMS封装在日月光主营业务中占比有多少?您如何看待未来MEMS封装的发展前景?未来五年,日月光的MEMS封装技术重点主要是哪些?

郭一凡:日月光集团的MEMS封装基本都在台湾,涉及的MEMS器件种类很多,业务比重有限,大约仅占总量的个位数。智能终端、汽车电子(无人驾驶、先进驾驶辅助系统)、物联网对MEMS传感器的应用不断增长,这块业务前景看好。不过,封装业大多是在做reaction而不是active的工作,通常都是根据前端客户的设计需求以及后端客户的应用要求,进行被动的技术发展。

麦姆斯咨询:日月光有完善的产品解决方案,能为客户提供Turn Key(一站式)服务。目前,日月光为MEMS客户提供测试服务吗?据我们了解,大部分MEMS厂商出于IP保护的考量,把测试业务留在“自家”完成。日月光是否有意愿和举措吸引MEMS厂商将封测业务一并外包呢?

郭一凡:作为封测业龙头,日月光能够为客户提供从封装开发到最终功能测试的一站式解决方案,当然也能提供MEMS测试服务。MEMS测试和系统测试类似,它本身也是一种系统,没有标准的测试方法,大多是定制化的独特测试方法,客户拥有很多自己的IP。但是,日月光不会主动找客户,主要还是看客户需求,客户如果有意愿,我们可以共同开发满足客户的测试需求。

郭一凡简介

郭一凡博士目前任职日月光,领导主持半导体器件的封装工艺研发和应用。郭博士在封装领域中有近三十年的科研和生产经验。 研发项目涵括光电器件(Opto-Electronics)、微机电封装(MEMS Packaging)、覆晶封装(Flip Chip)、晶圆级封装(WLCSP)、系统多芯片封装等,是该领域的知名专家。

加入日月光之前郭一凡博士在全球知名的高科技公司IBM和MOTOROLA就职多年,组建和领导光电器件封装实验室和科技项目,并在此期间多次荣获科技及产品开发奖。

郭一凡博士在国际知名科技期刊上发表过论文40余篇,在国际会议文集上发表论文50余篇。他拥有9项专利,并参与写作发表了7部专业书籍。他曾多次组织和主持国际会议和论坛,被邀请作专题报告30余次。郭一凡博士于2005年被清华大学电子封装中心聘请为兼职教授和技术顾问,2007年被上海科学院聘请为顾问专家,2010年在加州大学(University of California Irvine)任兼职教授讲授电子封装方面课程。郭一凡博士于1989年在弗吉尼亚理工大学(VIRGINIA TECH)获得工程科学博士学位。2005年在加州大学(REDLANDS)取得工商管理硕士(MBA)学位。

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