目前,客户端PC、消费电子、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,而最近几个季度,半导体供应链已无法满足市场对芯片的需求。不仅代工厂没有足够的产能为客户制造芯片,封装厂的交货时间也大大延长。
此前,在讨论芯片短缺时,业界将大部分原因归结为8英寸晶圆厂数量下降。事实上,芯片封装厂的交付能力不足也影响了客户端CPU和GPU以及各种消费电子产品的供应。
不同的芯片有不同的封装方式
封装是将代工厂生产的集成电路裸片(Die)放置在起承重作用的基板上,然后将它们固定连接成一个整体。这是整个芯片制造过程中测试的第一步。
不同的芯片采用不同的封装方法,不需要复杂电源且不需要很多输入或输出引脚的小型集成电路(IC)往往使用廉价的引线接合封装。
引线键合封装仅使用细金属线,利用热、压力和超声波能量将金属引线紧密焊接到芯片焊盘和基板焊盘上,实现芯片与基板之间的电气互连以及芯片之间的信息交换。广泛应用于射频模板、存储芯片和微机电系统器件的封装。
更复杂的芯片使用引线框架进行封装。这种封装方法通常在塑料或其他类型的模具中进行引线键合,包括四方扁平封装(QFP)和四方/双方扁平无引线封装(QFN/DFN)。 )、薄型封装(STOP)等
此外,使用许多电源和I/O 引脚的芯片,例如CPU、GPU 和SoC,通常采用倒装芯片球栅阵列(FC-BGA) 封装。这种封装方法可以提供小间距、低电感、易于表面安装和优异的可靠性。此外,还有一些BGA封装方法依赖于引线键合或使用倒装芯片。
Wirebond 封装供不应求
许多广泛使用的芯片产品如DDIC(显示驱动芯片)和TDDI(触摸与显示驱动集成芯片)均采用引线键合封装。去年,一些PC制造商抱怨第四季度DDIC和TDDI供应不足,影响了显示器和笔记本电脑的出货量。
Digitimes此前报道称,截至目前,日月光等全球第一芯片封装公司,以及超风电子、华泰、凌盛等OSAT公司的引线键合封装交货时间已延长两个月甚至三个月。但OSAT公司并未对此做出回应。
原本购买额外的打线设备比较容易,但由于封装产能吃紧,日月光席卷了数千台打线机,交货时间大幅增加到半年以上,打线封装变得困难。例如,KulickeSoffa和ASM Pacific Technology的交货时间延长了9个月。与此同时,DDIC和TDDI所用测试设备供应商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,一些显示器和个人电脑制造商将继续遭受至少一半关键组件的短缺。因此,他们将不得不寻找其他零件来源,他们的供应商将不得不寻找替代组装和合作伙伴,这两者都将花费大量时间。
ABF基板生产良率低
除了打线能力不足对芯片封装造成影响外,封装载板尤其是ABF基板的短缺也成为芯片封装产能紧缺的原因之一。
在IC封装的上游材料中,IC载板成本占30%,而基板则占IC载板成本的30%以上。因此,基板成为IC载板最大的成本端。基板作为IC载板的原材料之一,可分为硬质基板、柔性薄膜基板和陶瓷基板。硬质基板广泛应用于消费电子领域。
硬质基材材料包括BT树脂、ABF和MIS。三种材料根据各自的特点适合封装不同的芯片。其中,英特尔公司开发的ABF基板,可以用来制作比BT基板更细线的IC,适合高引脚数和高传输率,多用于CPU、GPU和SoC等大型高端芯片。
早期,ABF载板主要用于电脑和游戏机的CPU。随着智能手机的出现和芯片封装技术的变革,ABF行业陷入了低潮。然而,近年来,随着5G和人工智能的兴起,高能效应用越来越受欢迎。更多的是,ABF要求回报。
去年下半年以来,ABF载板供需一直偏紧。据DigiTimes数据显示,目前台湾供应商新兴电子、南亚塑胶和精硕科技的ABF基板生产良率约为70%或更低。几家公司正在逐步致力于扩大生产,但从2021年到2022年,他们的产能只能增加10%左右。
据悉,新兴电子正在考虑重新利用其一处受损的生产设施来生产ABF载板,但该计划尚未确定确切的启动时间,因此新工厂至少要一年才能投产。不过,两家公司尚未证实这一点。报告还指出,过去一年ABF基板数量如此小幅增长在很大程度上是由于现在ABF基板制造工具的交货时间延长了。
由于先进芯片的需求全线增加,处理器开发商自然会优先生产高端产品,例如超级计算机、数据中心、服务器和高级客户端PC,而ABF载板供应商自然会优先生产高端基板投入生产。如此一来,入门级和中端处理器所需的基板进一步缩小,市场短缺现象加剧。
芯片短缺是一场灾难吗?
这并不是芯片行业第一次出现关键零部件短缺的情况。
近年来,英特尔14纳米制造工艺供不应求,业界英特尔CPU供应紧张。该公司自然选择生产高端至强可扩展处理器和酷睿i5/i7/i9 处理器,而不是中低端PC 的入门级产品。等级Core i3、Pentium 或SoC。虽然个人电脑制造商对此并不满意,也没有做出强烈反应,但这一次情况有所不同。
部分厂商封装测试能力不足,ABF基板供应紧张,严重影响芯片供应。不过,设备制造商的提前交付时间表明,这些封测公司可以更早地获得必要的工具,减轻OSAT供应商的负担,而集成器件制造商(IDM)至少可以生产业界所需的芯片。
但无论哪种情况,对个人电脑、服务器和其他类型设备的高需求都意味着价格上涨,因此许多产品的成本在未来几个季度将继续上涨。