台积电和三星于先进封装的战火再起。
2020 年,三星推出 3D 封装技术品牌 X-Cube,宣称在 7 奈米芯片可直接堆上 SRAM 内存,企图在先进封装拉近与台积电的距离。几天之后,台积电总裁魏哲家现身,宣布推出自有先进封装品牌 3D Fabric,台积电最新的 SoIC(系统整合芯片)备受瞩目。
时间拉回 2015 年,三星和台积电分头生产苹果 iPhone 使用的 A9 处理器;三星是全球内存龙头,拿出 14 奈米技术生产芯片,台积电用的是 16 奈米和 InFO 封装技术。结果,网友发现,三星版芯片续航力不如台积电版,从此台积电年年独吞 iPhone 处理器订单。
台积电独吞 iPhone 处理器订单的秘密
过去 4 年,台积电利用先进封装争到的商机,远不只 iPhone 处理器,像 2020 年股价狂飙的 AMD(超微),最新版芯片就用上先进封装技术。打开 AMD 最新处理器,能看到用 7 奈米制造的核心芯片,外围单位则是用 14 奈米制造,再利用先进封装组成一颗芯片;透过这种方法,AMD 只要增加芯片上的核心芯片数量,就能快速提高芯片性能,市占率也因此不断提升。
此外,富士通开发的超级电脑芯片、Nvidia(辉达)的特斯拉绘图芯片、博通的下一代 AI 芯片、赛灵思的 FPGA 芯片,全都是台积电先进封装的客户。
台积电最新的 SoIC 威力更强。根据台积电的公开资讯,这项技术可以任意组合各种不同制程的芯片,除了内存,甚至还能直接把感测器一起封装在同一颗芯片内。未来当你拍下一张照片,影像从接收、储存到辨识影像,过去一个电脑系统才能完成的事,有可能用一颗芯片就能完成。根据台积电公布的资料,台积电的 SoIC+ 封装技术,线路密度会是 2.5D 晶圆封装的 1 千倍。
业界人士透露,未来苹果会用更多先进封装服务,苹果的 M1 芯片 2020 年是用传统的 BGA 封装,2021 年会改用晶圆级封装;因此,台积电虽然现在已经有 4 座先进封装厂,却还积极在苗栗兴建新厂。随着先进封装的崛起,一条新的产业链也因此浮现,以下几家公司会是台积电先进封装队的成员。
精材接收台积电晶圆级测试业务
队员 1:精材。精材团队研究先进封装多年,过去精材的主要业务之一,就是把影像感测器与逻辑 IC,利用晶圆级封装制成一颗 IC。不过,2020 年下半年开始,精材会扮演台积电体系晶圆级测试厂的角色,原有的影像感测先进封装业务将逐渐缩小,外界传出,台积电将把毛利较低的晶圆级测试业务交给精材,由第 3 方将设备移转给精材,精材则负责营运及管理。
“苹果希望降低成本,台积电希望拉高毛利率,精材因此成为最佳选择。”业界人士透露,精材近期股价震荡,因为市场对 2021 年精材是否会有新订单,看法不一。2020 年精材前 11 个月的营收已创下成立 17 年以来的历史新高。
队员 2:南电。先进封装带来的产业改变,除了影响封测业,也对 PCB(印刷电路板)厂带来重要影响,南电就是最佳代表。
一位封测业者观察,当台积电刚开始推出先进封装时,由于这种技术可以把分布在 PCB 板上的好几颗芯片,直接整合进一颗芯片,“南电一整条 PCB 产线就不见了!”
但是,先进封装也是 PCB 业者的机会,因为在先进封装技术里,还是要把芯片放在高精密度的载板上,才能让芯片连上实体线路。“如果以前的 PCB 电路是平面道路,载板就是立体高架道路。”产业人士分析,载板的制造要求愈来愈接近半导体,在最精密的载板上,线路宽度已经只剩下几个微米,在一片指甲大小的载板上,要能容纳成千上万的线路。
因此,先进封装风行的证据之一,就是 ABF 载板供不应求,这种材料符合当前对高频通讯、高速运算的需求,才能承担连接昂贵芯片的任务。“高阶的 ABF 载板,良率几乎是零。”业界人士透露,因此台积电、力成都紧盯着载板厂的生产进度。一家封测厂高层就表示:“载板的供应状况,现在直接影响先进封装产能。”
南电、欣兴载板缺货潮下的大赢家
ABF 大缺货,南电的获利状况也跟着起飞;2019 年第 3 季,南电毛利率只有 3%,2020 年第 3 季却上升到 14%。法说会时南电也表示,过去载板是日本较有优势,但是现在 ABF 载板产业链正在转移,台湾由于在晶圆制造、封装市占率都是全球第一,台厂制造载板自然更有优势。
南电 2020 年的资本支出,四分之三用在 ABF 等载板,2020 年底南电昆山厂将完成 ABF 产线扩建。此外,系统级封装(SiP)应用层面增加,像 AirPods 无线耳机,以及 5G 带动的天线模组封装需求,也让 BT 载板需求也跟着增加。
队员 3:欣兴。欣兴是全球 ABF 载板最大供应商。几年前,业界对 ABF 载板发展看法不同,生产这种载板不只投资大,技术也有一定难度,但欣兴在董事长曾子章要求下,积极扩张 ABF 产能,因此成为这一波缺货潮中的胜利者。
现在,欣兴早已是英特尔、台积电重要的策略伙伴。英特尔等大厂会跟欣兴等供应商合作生产,特制载板只能供旗下产品专用,在产能吃紧时,这种作法才能确保供货,载板厂的重要性可见一斑。
队员 4:弘塑。台湾在先进封装的发展,也给了本土设备和材料厂新的发展机会。过去,半导体制程中的设备和材料,要求较一般电子制程高,多半是外商天下,但这一次台积电等公司发展先进封装时,为了加速推进研发制程,也会给在地厂商机会。由于台积电制程研发多半采 A、B 两组竞争,找到愿意全力配合的厂商,对研发时程也很有帮助。
弘塑就是成功在台积电先进封装供应链卡位的台湾公司。
▲ 先进封装是台湾半导体设备和材料厂的新机会。(Source:台积电)
弘塑、长兴设备材料黏住护国神山
业界人士分析,弘塑在先进封装清洗用的设备和材料成功打进台积电,由于先进封装过程会释出大量杂质,就要依赖弘塑的清洗机台,用高压泵推动水柱清洁晶圆表面,或是将超纯水雾化,深入晶圆的每个缝隙吸附杂质。2019 年,弘塑也开发出 3D IC 用的蚀刻机台,以及封装用的去光阻液,扩大在先进封装的市占率。
队员 5:长兴化工。由于材料占先进封装成本三成以上,加上贸易战让半导体产业链对在地供应要求提高,台积电有意和台湾在地特用化学厂商加强合作,长兴化工过去多年在 PCB 用光阻等材料拥有重要地位,也开发出 3D IC 封装用材料 Mold Under Fill,过去这块市场一直是美日厂商的天下,能提供的厂商屈指可数,但长兴开发出高流动性的封装材料,已打进台积电封装供应链。
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