不止是 8 英寸晶圆厂数量下降 封装厂也有原因

时间:2021-01-26 10:07:14 来源: 雷锋网


目前,客户端 PC、消费电子产品、服务器和其他高科技设备的需求正在推动各种处理器的销售量,并且在最近几个季度中,半导体供应链已经无法满足市场对芯片的需求。不仅是代工厂没有足够的能力为客户制造芯片,而且封装厂的交货时间也大大延长。

此前,在讨论芯片缺货时,业界将大部分原因归结为 8 英寸晶圆厂的数量下降。事实上,芯片封装厂的交货能力不足也影响着客户端 CPU 和 GPU 以及各种消费级电子产品的供应。

不同芯片的封装方式不尽相同

封装是将代工厂生产出来的集成电路裸片(Die)放在一块起到承载作用的基板上,然后固定连接成一个整体,是整个芯片制造流程中进行测试的前一步。

不同的芯片使用的封装方式不尽相同,不需要复杂电源且不需要许多输入或输出引脚的小型集成电路(IC)倾向于使用廉价的引线键合封装。

引线键合封装是只用细金属丝、利用热、压力、超声波能量使金属引线与芯片焊盘、基板焊盘紧密焊合,实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通,在射频模板、存储芯片以及微机电系统器件的封装上应用较多。

更复杂的芯片则使用引线框架封装,这一封装方式通常是在塑料或者其他类型的模具中进行引线键合封装,具体包括四方扁平封装(QFP)、四方 / 双扁平无引线封装(QFN/DFN),薄型外形轮廓封装(STOP)等。

另外,使用许多电源和 I/O 引脚的芯片,例如 CPU、GPU 和 SoC,通常使用倒装芯片球栅格阵列封装(FC-BGA),这一封装方式可提供小间距、低电感,易于表面安装以及出色的可靠性。此外,还有一些依赖引线键合或使用倒装芯片的 BGA 封装方式。

引线键合封装供不应求

很多 DDIC(显示器驱动芯片)以及 TDDI(触控与显示驱动器集成芯片)等被广泛使用的芯片产品都使用引线键合的封装方式。去年,一些 PC 制造商抱怨第四季度的 DDIC 和 TDDI 的供应不足影响了显示器和笔记本电脑的出货量。

此前 Digitimes 报道,到目前为止,像日月光这样全球排名第一的芯片封装公司,还有包括超丰电子、华泰、菱生在内的 OSAT 公司的引线键合封装的交货时间已经延长了两个月甚至是三个月,不过 OSAT 公司们没有对此给予回应。

加购用于引线键合的设备的原本比较容易,但由于封装产能吃紧,日月光横扫了上千台打线机台,交货期大幅度拉升至半年以上,导致引线键合封装变得困难。例如库力索法(Kulicke&Soffa)以及 ASM Pacific Technology 的交货时间就延长了 9 个月。同时,生产用于 DDIC 和 TDDI 的测试设备供应商 Advantest 的交货时间也延长至 6 个月以上。

如果没有足够的引线键合能力,一些显示器和 PC 制造商将有至少二分之一的的关键组件继续遭受缺货困扰。因此他们将不得不寻找其他的零件来源,他们的供应商也不得不寻找替代的组装和合作伙伴,但这两种方法也都将花费掉大量时间。

ABF 基板生产良率低

除了引线键合能力不足对芯片封装的冲击外,封装载板尤其是 ABF 基板的不足也成为芯片封装产能供不应求的原因之一。

在 IC 封装的上游材料中,IC 载板成本占比 30%,基板又占 IC 载板成本的 30% 以上,因此基板便成为 IC 载板最大的成本端。作为 IC 载板的原材料之一,基板又可分为硬质基板、柔性薄膜基板和陶瓷基板,其中硬质基板在消费电子领域应用作为广泛。

硬质基板材料包括 BT 树脂、ABF 和 MIS,三种材料依赖于自身的特点适用于封装不同的芯片。其中,由 Intel 主导研发的 ABF 基材,相比 BT 基材可用于做线路较细、适合高脚数高传输的 IC,多用于 CPU、GPU 和 SoC 等大型高端芯片。

早期 ABF 载板应用在电脑、游戏机的 CPU 较多,随着智能手机的出现和芯片封装技术的变化,ABF 产业曾陷入过低潮,但近年来 5G 及 AI 的兴起,高能效应用越来越多,ABF 需求回归。

自去年下半年,ABF 载板供需吃紧。根据 DigiTimes 的数据,目前台湾供应商欣兴电子、南亚塑胶以及景硕科技的 ABF 载板生产良率大约 70% 或更低,几家公司正在逐步努力扩大产量,但从 2021 年到 2022 年,它们的产能大概只能提升 10% 左右。

据报道,欣兴电子正在考虑重新利用其受损的生产设施之一来生产 ABF 载板,但是该计划尚未有确切的启动时间,因此新工厂上线至少要一年后。不过,两家公司目前都未证实此事。报道还称,在很大的程度上,ABF 载板近一年内如此小幅度的增长是因为现在 ABF 基板制造工具的交货期延长。

因为高级芯片的需求全面增加,处理器开发人员自然会优先考虑高端产品,例如超级计算机、数据中心、服务器和高级客户端 PC,ABF 载板供应商自然也会在生产中优先考虑生产高端基板。因此入门级和中端处理器所需的基板进一步缩小,市场短缺加剧。

芯片缺货是否是一场灾难?

在芯片产业,关键零器件的短缺已经不是第一次了。

近年来,英特尔 14nm 制造工艺需求爆满,行业内 Intel CPU 供应紧张,公司自然选择生产其高端至强可扩展处理器以及 Core i5/i7/i9 处理器,而不是面向中端和低端 PC 的入门级 Core i3,Pentium 或 SoC。尽管 PC 制造商对此并不满意,但他们也没有做出强烈的反馈,这次情况变得不一样了。

一些制造商的封装测试能力不足和 ABF 基板供应紧张,正严重影响着芯片的供货情况。但设备制造商的交货期提前表明,这些封装测试公司能够更早获得必要的工具,减轻 OSAT 供应商们的负担,集成设备制造商(IDM)至少可以生产行业所需的芯片。

不过,无论是哪种情况,对于 PC、服务器和其他类型设备的高需求都意味着更高的价格,因此在接下来的几个季度中,许多产品的成本将持续上涨。


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