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根據Semiconductor Engineering的研究，IC封裝市場的動態反映了半導體業務的供需情況。一段時間以來，芯片需求的持續激增導致了部分產能、各種封裝類型、關鍵部件和設備的短缺。

以產能為例。日月光在2020年第四季度的工廠利用率高于80%。到2021年第二季度，日月光的封裝/組裝利用率為85%，測試利用率接近80%。

2021年三季度也產能吃緊。“我們仍然以超過85%的滿負荷運行。這將持續到第四季度。測試高于80%，也會持續到第四季度，”日月光CFO Joseph Tung在最近的電話會議上表示。

因此，封裝廠正在擴大產能以滿足需求。為滿足需求，長電科技宣布在中國宿遷的第二期集成電路封裝測試設施正式啟動。“今年下半年，長電科技海內外工廠繼續優化量產技術和運營效率”，長電科技CEO鄭力表示。

但是一個封裝由許多組件組成，而這些組件本身就供不應求。例如，許多封裝由基礎材料或基板組成。

QP Technologies的母公司Promex的銷售和營銷副總裁Rosie Medina表示：“基板交貨時間已從2-4周增加到長達16-20周。”

今天，市場上有大約1000種封裝類型，每個類型都有針對自己的供需情況的不同應用程序。

細分封裝市場的一種方法是通過互連類型，包括引線鍵合、倒裝芯片、晶圓級封裝 (WLP) 和硅通孔 (TSV)。互連用于在封裝中將一個管芯連接到另一個管芯。TSV的I/O數量最高，其次是WLP、倒裝芯片和引線鍵合。

據TechSearch稱，當今約有75%至80%的封裝基于引線鍵合。引線鍵合主要用于低成本的傳統封裝、中端封裝和內存芯片堆疊。多年來，封裝廠增加了焊線產能，但最近在該領域投資不足。2020年末，對引線鍵合組裝的需求猛增，導致產能不足。而這一缺口已經延續到2021 年。

Needham的分析師Charles Shi表示：“幾個季度以來，情況一直很緊張。這可以追溯到半導體短缺的情況。重要的不是先進的工藝節點。短缺涉及成熟工藝節點，這些節點往往需要引線鍵合。這導致了一個大問題。在晶圓廠中，成熟工藝節點的產能不足。另一方面，引線鍵合產能也不足。這兩者相互關聯，因為采用成熟工藝制造的芯片通常會進行引線鍵合。”

引線鍵合機用于制造多種封裝類型，例如四方扁平無引腳封裝（QFN）。QFN屬于封裝的引線框架組。引線框架是金屬框架。在生產過程中，將芯片連接到框架上，并使用細線將引線連接到芯片。

“和其他人一樣，我們看到了短缺和交貨時間的延長，特別是在材料方面，這影響了多項技術。例如，我們為晶圓背磨機的研磨刀片等待的時間要長得多，引線框架的交貨時間增加了兩倍，”Rosie Medina說。“我們增加了新的焊線機，這提高了我們執行粗線和帶式鍵合的產能和能力。我們還推出了定制基板開發業務。我們一直在穩步增加員工人數并延長輪班時間以滿足客戶需求。”

其他公司也同樣試圖在短缺情況下保持領先地位。“引線鍵合短缺的主要原因是供應鏈對芯片和材料的限制。到目前為止，Amkor正在減小這種短缺造成的影響，”Amkor引線鍵合/電源與汽車業務部高級副總裁Siva Mohandass說。

盡管如此，獲得引線鍵合設備仍然具有挑戰性。分析師表示，今年早些時候，引線鍵合的交貨時間為10到12個月，目前，交貨時間約為3至6個月。

除了引線鍵合，倒裝芯片的需求也很強勁。倒裝芯片用于開發BGA和其他封裝類型。在倒裝芯片工藝中，銅凸塊或銅柱焊在芯片頂部。該器件被翻轉并安裝在單獨的芯片或板上。凸塊落在銅焊盤上。“倒裝芯片需求強勁，產能增加了很多”，Charles Shi說，“倒裝芯片設備的交貨時間并不像引線鍵合機那么糟糕。這說明倒裝芯片的產能肯定很緊張，但沒有引線鍵合那么緊張。”

先進封裝工具需求

與此同時，扇出型封裝（WLP的一種）在智能手機、手表和其他產品中越來越受歡迎。在扇出型封裝的一個示例中，DRAM芯片堆疊在邏輯芯片上。

TSV用于高級2.5D/3D封裝，針對高端系統。在2.5D/3D中，管芯堆疊或并排放置在中介層的頂部，中介層包含TSV。TSV提供了從管芯到電路板的電連。

高性能計算封裝的不同選項，基于中介層的2.5D vs扇出基板上芯片 (FOCoS)

圖源：Semiconductor Engineering

AMD、英特爾和其他公司一直在使用小芯片模型開發新的類似3D的封裝。對于小芯片，芯片制造商可能在庫中擁有模塊化芯片菜單。然后，客戶可以混合搭配小芯片并將它們集成到現有封裝類型或新架構中。

“因此，可以通過使用具有最佳性能和本工藝節點的最佳處理器組件來優化系統，”Brewer Science的高級項目經理Xiao Liu說。

使用這種方法，英特爾正在堆疊裸片并使用細間距銅凸點將它們連接起來。這是使用稱為“熱壓結合”（TCB）的系統完成的。

對TCB系統的需求正在回升。“截至2021年2月， ASM Pacific在全球共運送了250個TCB系統，我們估計其中大部分都被送到了英特爾，”Charles Shi說。Besi、K&S和其他公司也銷售TCB系統。

同時，AMD正在實施一種稱為銅混合鍵合的新技術，該技術使用銅對銅互連而不是凸點，用于比傳統封裝具有更多I/O的更細間距封裝。

AMD將使用臺積電的混合鍵合技術。Charles Shi表示，臺積電正在其位于中國臺灣的新工廠內安裝Besi的混合鍵合設備。“大約一兩年后，混合鍵合設備市場有望起飛，”Shi說， “Besi 宣布，該公司正在馬來西亞建造一家專門生產混合鍵合系統的新工廠。工廠的設計產能為每月12-15個系統，或每年150個系統。”

結語

芯片以及封裝供應鏈是十分復雜的，影響因素眾多。所有這一切都讓各家公司的采購團隊在現在和可預見的未來忙得不可開交，封裝設備交付已經成為了產業鏈供需平衡度的晴雨表。（隱德萊希）

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