IC需求的意外爆發(fā)正在波及半導(dǎo)體封測供應(yīng)鏈。

對芯片需求的不斷上升正在沖擊IC封裝供應(yīng)鏈，導(dǎo)致某些類型的封裝、制造能力、引線框和一些設(shè)備的短缺。

IC封裝供不應(yīng)求的局面今年早些時(shí)候就開始出現(xiàn)了，自那時(shí)起，問題愈演愈烈，到了第三季度和第四季度，供求嚴(yán)重失衡，現(xiàn)在看來，這種局面將持續(xù)到2018年。

出現(xiàn)這種局面有若干原因，最主要原因在于IC需求意外爆發(fā)，因此客戶需要更多的IC封裝產(chǎn)能，但是，IC封裝工廠已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，無法滿足多種封裝類型的需求。

除了IC封裝之外，電子板塊的其它產(chǎn)品品類也在這次所謂的“繁榮或超級周期”中面臨供應(yīng)短缺局面。全球最大的半導(dǎo)體封裝與測試（OSAT）巨頭先進(jìn)半導(dǎo)體工程公司（ASE）首席運(yùn)營官Tien Wu表示：“這次究竟是一次超級周期，還是我們之前從未見過的內(nèi)在擴(kuò)展？在這個(gè)超級周期中，供應(yīng)不足的情況不絕于耳，包括存儲(chǔ)、OLED、被動(dòng)元件等等。甚至在貼片機(jī)等半導(dǎo)體設(shè)備方面也存在交付時(shí)間拉長的問題。之所以出現(xiàn)這種情形，一方面是由于產(chǎn)能供應(yīng)有限，另一反面是需求將在很長的一段時(shí)間內(nèi)維持強(qiáng)勁?！?/p>

大多數(shù)元件出現(xiàn)缺貨的原因顯而易見。比如OLED，蘋果和三星兩家智能手機(jī)巨頭幾乎吞噬了OLED屏幕的所有產(chǎn)能。盡管需求不斷上升，DRAM供應(yīng)商卻一直不愿增加產(chǎn)能，導(dǎo)致DRAM成為今年漲價(jià)的急先鋒。NAND產(chǎn)品則是由于供應(yīng)商生產(chǎn)工藝正從平面型NAND向3D NAND轉(zhuǎn)型，良率問題導(dǎo)致供應(yīng)不足。

相比之下，集成電路封裝的問題更為復(fù)雜，而且涉及多個(gè)產(chǎn)品市場。

集成電路封裝行業(yè)的工廠利用率很高，但全球200毫米晶圓bumping制程的產(chǎn)能存在嚴(yán)重短缺。在晶圓bumping工藝中，焊球或銅柱在晶圓上形成，在晶粒與基板之間提供電互連。

200mm晶圓bumping產(chǎn)能不足影響了智能手機(jī)芯片級封裝（CSP）和射頻前端模塊等產(chǎn)品的供應(yīng)。

而且，由于其他原因，四扁平無引腳（QFN）封裝和晶圓級封裝需求量大增，導(dǎo)致供應(yīng)緊張。

對QFN的需求導(dǎo)致引線框（leadframes）的交付時(shí)間更長，引線框是用于QFN封裝類型的關(guān)鍵組件。而且，封裝設(shè)備需求也比預(yù)期的要強(qiáng)。

當(dāng)然，并不是所有封裝類型都供不應(yīng)求。但是總體來說，整個(gè)2017年半導(dǎo)體封測的需求一直很強(qiáng)勁，并且將一直持續(xù)到2018年。TechSearch International總裁Jan Vardaman表示：”每家封測工廠都處于滿產(chǎn)狀態(tài)，這段時(shí)期是封測工廠產(chǎn)能利用率最高的一段時(shí)間?！?/p>

不消說，供不應(yīng)求會(huì)影響向客戶的交付時(shí)間。 “這也會(huì)影響那些試圖向市場推出新產(chǎn)品的公司，如果他們的供應(yīng)受到限制，可能會(huì)損害他們的收入，”Vardaman說： “現(xiàn)在最大的問題是，供不應(yīng)求的局面會(huì)持續(xù)多久？我想，誰都無法給出正確的答案?！?/p>

這些趨勢令客戶擔(dān)憂。提供IC封裝和測試服務(wù)的封測廠正面臨巨大壓力。這些封測廠多年來資本不足，大多數(shù)供應(yīng)商沒有足夠的資源來滿足苛刻的客戶群的各種需求。

本文主要研究了IC封裝行業(yè)面臨的主要短缺問題，如bumping產(chǎn)能、封裝類型、引線框和設(shè)備等。

Bumping產(chǎn)能

2017年突然出現(xiàn)的繁榮周期讓整個(gè)業(yè)界大吃一驚。比如，2016年年末，世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）預(yù)測，2017年集成電路行業(yè)規(guī)模將比2016年溫和增長3%。但是，這一年來，隨著DRAM和3D NAND銷售額的激增，WSTS已經(jīng)多次上調(diào)IC市場銷售的預(yù)測。根據(jù)最新的預(yù)測，該組織預(yù)計(jì)2017年半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)到4090億美元，同比2016年大幅度增長20.6%，2018年，IC市場將繼續(xù)將增長7%。

IC封裝供應(yīng)鏈的情況反映了芯片行業(yè)的需求前景。在這次超級周期中，封測廠們在2017年上半年目睹了傳統(tǒng)的增長模式。

但是到了第三季度和第四季度，若干個(gè)板塊的需求開始超預(yù)期增長。 STATS ChipPAC公司產(chǎn)品和技術(shù)營銷副總裁Vinayak Pandey說：“當(dāng)然，智能手機(jī)的需求一直都在。除了移動(dòng)設(shè)備，汽車和網(wǎng)絡(luò)的需求超出了我們的預(yù)期?！?/p>

需求大增導(dǎo)致封測廠商訂單的激增。目前，封測廠商的工廠利用率平均都在80%以上，當(dāng)然有很多類型的封測產(chǎn)能正在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 “封測廠商正在全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，”Pandey說。“如果有任何額外的需求，交貨時(shí)間就會(huì)越來越長。”

產(chǎn)能的緊張表現(xiàn)在好幾個(gè)方面，其中，最大的瓶頸是一種被稱為晶圓bumping的成熟制造工藝，尤其是在200mm晶圓上。目前，Amkor、ASE、STATS ChipPAC等公司都提供晶圓bumping服務(wù)。

作為交鑰匙服務(wù)的一部分，晶圓bumping直接在200mm或300mm晶圓上進(jìn)行。bumping本身不是一種封裝類型，它是一種在晶圓上形成微小的焊球或銅柱的制造工藝。

通過bumping，封測廠商可以開發(fā)出各種封裝類型，比如CSP、扇出和Flip－chip BGA。CSP、扇入式和扇出式都屬于晶圓級封裝（WLP）。WLP是當(dāng)IC還在晶圓上時(shí)就對其進(jìn)行封裝的一種工藝。Flip－chip是一種互連方案，而不是一種封裝類型。它廣泛應(yīng)用在應(yīng)用處理器、圖形芯片和微處理器中。

在Flip－chip中，在硅片上形成微小的凸塊或銅柱。然后，將器件翻轉(zhuǎn)并安裝在一個(gè)單獨(dú)的硅片或電路板上。硅片或電路板包括一些銅焊盤。 凸塊或銅柱落在焊盤上，形成電氣連接。

目前，OSAT廠商已經(jīng)具備了充足的300mm bumping產(chǎn)能，但是令人驚訝的是，市場上200mm bumping的成熟產(chǎn)能嚴(yán)重短缺。

這個(gè)短缺有幾個(gè)原因。 一段時(shí)間以來，集成電路產(chǎn)業(yè)對200mm晶圓的芯片需求巨大，導(dǎo)致200mm晶圓廠產(chǎn)能嚴(yán)重短缺。

200mm晶圓業(yè)務(wù)的爆發(fā)拖累了整個(gè)供應(yīng)鏈，當(dāng)然也影響了OSAT。但200mm bumping產(chǎn)能不足主要是由于模擬和射頻器件的巨大需求。Amkor公司bump業(yè)務(wù)高級副總裁Kevin Engel表示：“RF前端模塊需要更多的凸塊以及越來越多產(chǎn)品從其他封裝類型遷移到WLCSP導(dǎo)致了對200mm晶圓bumping產(chǎn)能的激增?！?/p>

實(shí)際上，200mm bumping產(chǎn)能的短缺已經(jīng)導(dǎo)致了CSP和RF前端模塊的供應(yīng)短缺。射頻前端模塊由手機(jī)中使用的關(guān)鍵射頻元件組成。

模擬／射頻芯片制造商正在爭奪200mm晶圓bumping產(chǎn)能。以前，這些供應(yīng)商選擇了一種使用了被稱為球滴的傳統(tǒng)技術(shù)的封裝類型，這種工藝是在芯片的I／O上形成焊球，焊球的尺寸大小為從150μm到200μm。

“當(dāng)你縮小管腳時(shí)，你需要同步縮減焊球的大小。焊球的尺寸有一定限制，“STATS ChipPAC的Pandey說?！八阅M芯片供應(yīng)商都想縮小封裝，并把更多I／O集成在器件上。突然之間，他們再也不能用焊球了，他們需要一個(gè)更小的凸塊。?！?/p>

結(jié)果，許多模擬／射頻芯片制造商都從球滴技術(shù)轉(zhuǎn)移到電鍍bumping工藝上，這樣可以形成更小的管腳，但是需要更多的工藝步驟，比如電鍍。Pandey說：“工藝轉(zhuǎn)換帶來的挑戰(zhàn)在于，球滴工藝是一個(gè)相當(dāng)快的過程，但電鍍工藝卻比較耗時(shí)。所以就對產(chǎn)能產(chǎn)生了挑戰(zhàn)?！?/p>

未來一段時(shí)間內(nèi)，200mm晶圓bumping的產(chǎn)能預(yù)計(jì)仍將供不應(yīng)求。過去，OSAT廠商一直不愿增加200mm bumping的產(chǎn)能，但是現(xiàn)在，有些廠商正在改變方向，并計(jì)劃在2018年增加更多產(chǎn)能。

在2019年，模擬／射頻芯片制造商可能會(huì)從電鍍凸塊遷移到銅柱凸塊。今天許多數(shù)字芯片也在使用銅柱凸塊，這意味著未來這種技術(shù)可能會(huì)面臨瘋狂的爭奪。

某些封裝類型供不應(yīng)求

如上所述，當(dāng)前市場上的CSP和RF模塊供應(yīng)緊張。其它封裝類型的需求也很高。TechSearch的Vardaman表示：“晶圓級封裝的強(qiáng)勁增長仍在持續(xù)，我們還看到系統(tǒng)級封裝的增長，以及汽車IC封裝的增長?！?/p>

扇入和扇出型等WLP封裝的需求非常強(qiáng)勁。 Amkor公司的Engel說：“晶圓級封裝與bumping的情況類似。 行業(yè)內(nèi)200mm和300mm的整體產(chǎn)能緊張。目前稍有緩和，但供求關(guān)系失衡將在2018年達(dá)到頂峰，到時(shí)挑戰(zhàn)性會(huì)更大?！?/p>

大部分需求都集中在傳統(tǒng)扇出封裝，即嵌入式晶圓級BGA（eWLB）上。 新一代高密度扇出型封裝的需求也在不斷攀升中。目前，臺(tái)積電的扇出型封裝技術(shù)已經(jīng)被蘋果采用。日月光、Amkor、STATS ChipPAC等公司也正在推出新一代扇出工藝。

令人驚訝的是，QFN－一種較舊但可靠的封裝類型－需求也很火爆。分析師認(rèn)為，英飛凌、恩智浦、Microchip、Silicon Labs、意法半導(dǎo)體和TI是推動(dòng)QFN需求的主要?jiǎng)恿Α?/p>

QFN和四方扁平封裝（QFP）屬于引線框封裝類型。引線框是由封裝引線和外框的金屬框架。硅片被綁定在框架上，引線通過細(xì)線連接到管腳上。

STATS ChipPAC公司的Pandey表示：“QFN是目前最便宜的封裝類型，QFN雖然便宜，但它仍然允許你做一些布線工作。”

QFN的驅(qū)動(dòng)力主要來自兩個(gè)市場 － 汽車和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。 他說：“我們現(xiàn)在開始發(fā)現(xiàn)，QFN正在逐漸走向供需失衡，QFN的需求無處不在?！?/p>

更加雪上加霜的是，三星在最新的智能手機(jī)上大量采用了QFN封裝。此外，三星智能手機(jī)更多采用了WLP封裝，但是由于上一代智能手機(jī)出現(xiàn)了各種各樣的問題，三星決定選擇更加可靠穩(wěn)定的QFN取代WLP封裝，以保證手機(jī)的可靠性。

相比之下，蘋果在其最新的智能手機(jī)中使用了更多的WLP，包括扇入和扇出兩種封裝。

同時(shí)，QFN的強(qiáng)勁需求正在影響用于制造這些封裝的組件供應(yīng)，即引線框。Amkor公司引線框產(chǎn)品高級總監(jiān)Prasad Dhond表示：“QFN需求強(qiáng)勁，但在可控范圍內(nèi)。自2017年第一季度以來，部分供應(yīng)商的引線框出現(xiàn)供應(yīng)緊張局面。由于產(chǎn)能短缺，使用特定粗糙處理的引線框的交付時(shí)間一再拉長。由于銅原料短缺，其他引線框架供應(yīng)商已經(jīng)推遲了交貨時(shí)間?！?/p>

引線框的困境

可以肯定的是，引線框業(yè)務(wù)也正在發(fā)生一些變化。SEMI表示，目前市場上有40多家引線框供應(yīng)商，其中包括一些規(guī)模在1000萬美元至4000萬美元范圍內(nèi)的小型供應(yīng)商。較大的引線框供應(yīng)商包括ASM太平洋科技、昌華、海星DS、三井、新光和SDI。

SEMI表示，總體而言，2017年IC封裝的引線框單位出貨量預(yù)計(jì)同比2016年增長10%。SEMI的分析師Dan Tracy表示：“可以肯定地說，2018年以后，引線框的單位出貨量的增長率會(huì)降低到低至中等的個(gè)位數(shù)?！?/p>

引線框業(yè)務(wù)利潤較低，并且經(jīng)歷了一些動(dòng)蕩時(shí)期。以下是該行業(yè)最近發(fā)生的一些事件：

2016年，全球最大的引線框供應(yīng)商住友金屬礦業(yè)（Sumitomo Metal Mining）因?yàn)槔麧櫬氏禄约懊媾R來自中國的激烈競爭的雙重壓力而退出了這一行業(yè)。 去年，臺(tái)灣的昌華收購了住友的主流引線框產(chǎn)品。另一家臺(tái)灣供應(yīng)商Jih Lin則從住友公司購買了功率半導(dǎo)體引線框產(chǎn)品。

2017年，引線框供應(yīng)商無法獲得足夠的用于制造IC封裝引線框所需的銅合金材料。

然后，日立、科比、三菱和其他銅合金供應(yīng)商已經(jīng)將大部分生產(chǎn)從引線框產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到了更高利潤率的連接器產(chǎn)品上。

總而言之，引線框供應(yīng)商和他們的客戶都將面臨產(chǎn)能不足的挑戰(zhàn)。SEMI公司的Tracy說：“用于引線框的銅合金存在供應(yīng)問題。所以引線框制造商和他們的客戶都面臨更長的交付時(shí)間。”

引線框供應(yīng)商需要大量的銅合金材料來制造IC封裝的引線框。不過，最近，OSAT廠商對精細(xì)間距的QFN封裝產(chǎn)生了強(qiáng)烈的需求，這種封裝對銅的需求更少。 “總體而言，半導(dǎo)體封裝消耗的銅合金數(shù)量一直在下降，”Tracy說。 “雖然整體引線框出貨單位仍然在增長，但更小、更薄的QFN封裝的趨勢會(huì)導(dǎo)致銅合金消耗量更少。”

綜合考慮這些問題，2017年，引線框供應(yīng)商一直備受壓力?！皬?016年底開始，我們看到引線框市場出現(xiàn)回升。當(dāng)進(jìn)入2017年第二季度時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)市場需求突然迅速增加，”ASM太平洋科技集團(tuán)首席運(yùn)營官兼執(zhí)行副總裁Stanley Tsui說，這家公司是設(shè)備、引線框和其他產(chǎn)品的供應(yīng)商。Tsu也是ASM太平洋科技公司物料業(yè)務(wù)部門的首席執(zhí)行官。

大概在2017年第二季度，銅材料供應(yīng)商開始將他們的產(chǎn)品從引線框轉(zhuǎn)移到連接器產(chǎn)品，導(dǎo)致引線框的交貨時(shí)間延長。“這種舉動(dòng)導(dǎo)致整個(gè)供應(yīng)鏈非常緊張?！盩sui說?！霸撔袠I(yè)開始爭奪原銅產(chǎn)能?！?/p>

引線框的傳統(tǒng)交貨時(shí)間為三到四周。分析師指出，到了2017年年中，引線框的平均交貨時(shí)間大約延長到了10到12周，這種局面導(dǎo)致了市場的“恐慌性買入”。

“在第二季度和第三季度開始的時(shí)候，我們的交貨時(shí)間已經(jīng)延長到了12到16周，有些個(gè)別產(chǎn)品的交付時(shí)間是20周，那是用在一個(gè)獨(dú)特工藝上的產(chǎn)品，“Tsui說?！爱?dāng)我們進(jìn)入第四季度時(shí)，市場平靜了一些?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)回到了6－8周的水平，有些產(chǎn)品是4到6周?！?/p>

目前，引線框市場情況比較復(fù)雜。Mitsui High－tec的法律小組經(jīng)理Kenji Okuma在一封電子郵件中表示：“由于汽車應(yīng)用的推動(dòng)，對引線框的需求比以前要高。Mitsui是目前全球最大的引線框供應(yīng)商，生產(chǎn)各種引線框架，包括用于各種應(yīng)用的超細(xì)間距產(chǎn)品?！?/p>

引腳框和其他產(chǎn)品供應(yīng)商SDI公司營銷和銷售部副總裁James Cheng表示：“總體來說，引線框目前的供求情況比較緊張?！?/p>

Cheng和其他人認(rèn)為，更大的問題是銅合金材料的供應(yīng)。SEMI表示，從供應(yīng)商角度來看，引線框廠商獲得銅合金的交貨期是40到50天，連接器廠商是30到40天。

Cheng說，日本和德國的供應(yīng)商生產(chǎn)的銅材料質(zhì)量更高，但是這些產(chǎn)品“供應(yīng)非常緊張并難以獲得”?！八鼈冃枰L的交貨期。同時(shí)，供應(yīng)商也提高了價(jià)格?！?/p>

中國也生產(chǎn)銅合金。雖然中國的供應(yīng)商有足夠的產(chǎn)能，但是它們的質(zhì)量有時(shí)候不符合標(biāo)準(zhǔn)。 他說：“中國的低端銅供應(yīng)商無法達(dá)到一定的質(zhì)量要求?！?/p>

設(shè)備方面的情況

除了某些封裝類型和引線框供應(yīng)緊張之外，OSAT廠商還擔(dān)心用于制造IC封裝的設(shè)備的交付時(shí)間。

一些設(shè)備的交付時(shí)間還算正常，但是有一些設(shè)備的交付時(shí)間正在延長。比如，全球最大的電焊機(jī)供應(yīng)商Kulicke＆Soffa最近宣布電焊機(jī)的交貨時(shí)間為五周，比正常情況延長了兩周。

不過，K＆S發(fā)現(xiàn)，用于功率集成電路的楔形鍵合機(jī)訂單猛增。濺射設(shè)備和其他系統(tǒng)的交貨時(shí)間也正在延長。

那么，年底將至，2018年的情況會(huì)如何演變？預(yù)測未來是困難的，但封裝供應(yīng)鏈的短缺預(yù)計(jì)將至少持續(xù)到2018年上半年。

目前，供應(yīng)商們正在采取觀望的態(tài)度。ASM太平洋科技公司的Tsui說：“在下一波供應(yīng)短缺到來之前，這段時(shí)期大家都比較冷靜。業(yè)界也有時(shí)間冷靜下來，消化庫存。然后，我們會(huì)再次等待下一次供應(yīng)短缺帶來的紅利?！?/p>