封测业两巨变袭来!日月光“异质集成”秘密武器

当芯片从芯片厂产出后,距离成为各种功能组件,还有最后一道程续:封装测试。封装,这是为了提供芯片机械支撑、物理保护和散热功能,并将芯片连上印刷电路板(PCB)或其他电子组件,让信号与电流能够传递的步骤。至于测试,则必须在芯片制作过程的各个阶段,进行不同程度的检测,确认芯片的可靠度和良率。

基于台湾芯片制造优势,封测厂日月光历经超过30年耕耘,缔造全球市场占有率21.8%龙头地位,若整合计算同集团下的硅品,市场占有率更高达36.2%。

不过,因应客户需求及技术挑战,“整个封测业正开始迎来质变跟量变,”日月光半导体资深副总陈光雄如此形容目前的现况。

封测龙头拿出秘密武器,对上“质变、量变”双重考验

“质变”是当前半导体产业共同面临的摩尔定律(Moore’s Law)物理极限,而日月光所处的封测产业也无法置外。陈光雄说,如何跳脱以往技术,满足现阶段客户对于芯片性能的需求,尤其是电子设备力求轻薄短小,更成了日月光的挑战。

至于“量变”,在5G、AI时代,人类创造的资料量空前庞杂,研究机构Strategy Analytics便指出,2030年全球物联网(IoT)设备将高达500亿个。影响所及,不仅是设备运算力,物联网设备的数量也将大幅增加,陈光雄解释,这将呈现“少样多量”的特性,更考验封测解决方案的弹性,及技术上的广度,“势必要走向异质集成的路。”

“异质集成”在这的意思是,将两个、甚至多个不同性质的电子组件(如逻辑芯片、传感器、内存等)集成进单一封装里;或从芯片的布局下手,利用2.5D或3D等多维度空间设计,将不同电子组件堆栈、集成在一个芯片中,解决空间限制。

过去是同质晶粒(die)封装一起,未来则可能把微机电系统(MEMS)或被动组件都集成在SiP(系统级封装)芯片中,改善功耗和性能、大幅缩小体积,而这正是“先进封装”可着墨的地方。

举例来说,苹果AirPod Pro采用日月光SiP封装技术,加入降噪及力度传感,功能变得更强大,电池续航力却不减反增。“SiP会是接下来的机会。只要有半导体在,就会有SiP需求。”陈光雄表示。

“SiP会是接下来的机会。只要有半导体在,就会有SiP需求。”陈光雄表示

据市调公司Yole Développement研究,SiP市场规模将从2019年的134亿美元,以每年6%的年复合增长率,到2025年将增至188亿美元。

而日月光2019年的SiP业绩,已较前一年增长13%,达到25亿美元,换算全球SiP市场占比约18.6%。

日月光在SiP先进封装技术已握有先机,也是面对包括台积电在内的芯片代工企业,开始将触角延伸到封测领域的有利防御。

“他们的主力还是在硅相关的封装上。”日月光也不会只做硅产品的处理器封装,可能还必须集成三五族半导体、电源管理、微机电等不同组件。

进一步而言,台积电的封装技术是构建在先进制程,主力项目多以智能手机或高性能计算(HPC)应用为主。然而,日月光面向更多市场跟机会,通过封装技术来协助客户达到产品所要的性能表现。

一款芯片集成多样功能,成为不同产品心脏

SiP封装技术能集成多种异质组件芯片、缩小产品体积,因此很适合强调轻薄、续航力的穿戴设备;当然,要将多种异质组件集成为同一个芯片,肯定会遇上散热、排列组合、电磁波等挑战。此外,物联网时代设备碎片化现象,要如何设计出一个芯片集成的“公用版型”,满足庞大消费需求?

陈光雄以手机举例,市场上的型号可能百百种,但经过拆解,内里的芯片可能都来自同一家IC设计企业。

拿真无线蓝牙耳机来说,日月光能开发一个SiP的公用版型,集成优化蓝牙耳机性能跟功耗的组件,销售给客户,让采用同种音频芯片的不同企业,除了耳机设计不一样,也能通过软件调校,做出差异功能产品;同时,产品上市时间也从过去的半年缩短至2个月,降低制作成本。

日月光半导体资深副总陈光雄表示,先进封装是日月光大显身手的舞台。

预期未来,手机镜头可能承担越来越多图片处理功能,车用镜头的应用将加入深度传感或温度侦测,功能更加多样,都将需要SiP技术支持,也是日月光可以把握的商机。

陈光雄表示,在先进封装带动下,日月光也积极在各厂区成立实验室,以因应集成不同组件时,可能需要解决的困难,同时也能预先模拟集成后的良率跟性能,确保公用版型的可行性。

质变和量变,带来的不只是技术挑战,更是潜在商机。“所以你看,日月光还是在持续扩厂。”陈光雄说,每年将投入营收4~5%,注资厂房建设和技术研发,“异质集成下,先进封装需求将是日月光可以大展身手的舞台。”