IC封裝細分市場占比及全景戰略研究預測
(1)手機IC封裝市場:Sip最大的應用領域仍是集中在手機的部分,尤其是智能型手機里,包括RF端功率放大器、Switch、Transceiver…等各模組的應用,而基頻部分的數位及類比基頻,也有廠商利用多芯片的方式封裝,甚至有些廠商會將記憶體也一并整合進去,另外手機的內嵌記憶體也是各家大廠競逐的重要商機,至于WLAN、Bluetooth、Camera…等各種模組,也都是促使手機成為各大sip應用市場的主因。未來當手機附加功能愈趨復雜,廠商為了達到手機輕、薄、短、小、多、省、廉、快的目的,采用后段芯片整合的方法,將是未來可預見的主要趨勢。
(2)手機基頻封裝:聯發科取得全球第一的幕后英雄毫無疑問是山寨機,也就是白牌(greybrand)機。
據中金企信國際咨詢公布的《2020-2026年中國IC封裝市場發展策略及投資潛力可行性預測報告》統計數據顯示:中國的白牌手機服務全球,它們能夠迅速改變設計來應對全球各個市場的需求,具備極高效率,同時廣東完善的手機產業鏈也使其具備無可比擬的成本競爭力。在聯發科的總出貨中,白牌和品牌的比例大約為6:4,而增長動力來自白牌。
Broadcom在2010年也是收獲的一年,諾基亞低端產品大量使用Broadcom的基頻,國內也有客戶使用。2009年與高通的官司獲勝也讓Broadcom獲得近7億美元巨額賠償。Broadcom的不足之處在于其產品線太長,對手機領域的投入力量被分散了,耕耘多年,收獲不多。
德州儀器顯得失落,手機基頻已經不是其核心業務,但畢竟和諾基亞合作多年,出貨量還是很大。RAPUYAMA在2010年也大量出貨,德州儀器基頻業務依然能維持15億美元的收入。
ST-ERICSSON也在下滑,且連續虧損,三家合并的成效并不明顯,智能手機領域產品缺失,應用處理器本來很優秀,后來也退出了。
中高端領域,大客戶LG和三星都加大了對英飛凌的采購力度,尤其是LG。低端領域,諾基亞加大了對Broadcom和英飛凌的依賴程度。TD-SCDMA是其最大亮點,但受到來自聯發科的挑戰。
Marvell產品性能一流,就是價格太高,好在有大客戶RIM支持。飛思卡爾仍然和諾基亞與摩托羅拉有業務往來,與諾基亞聯合開發的RAPIDOYAWE還是諾基亞的旗艦。展訊則受益聯發科轉型,出貨量大增。
最穩固的是高通,銷售額是第二名聯發科的兩倍還多,并且在3G、4G各個領域都是絕對的第一位,智能手機領域也是異常強大。
(3)智能手機處理器產業與封裝:在召開的2014北京微電子國際研討會高峰論壇上,獲悉,展訊通信的新一代3G智能手機平臺主芯片,采用長電科技的12英寸晶圓銅凸塊制程,精細間距倒裝鍵合,以及塑封直接填充先進封裝工藝,成功實現了多芯片fcCSP封裝測試量產;同時該芯片也采用了中芯國際的12英寸晶圓、40納米節點低介電常數工藝技術進行加工制造。長電科技副總裁梁新夫表示,這標志著中國大陸已經打通了智能手機芯片產業鏈的各個環節,集成電路產業正在加速整體崛起。
智能手機市場強力拉升本土IC產業鏈:正在進行的移動終端革命對中國大陸集成電路產業鏈的發展意義重大。
智能手機市場對集成電路的意義不僅于此。隨著工藝節點的演進,集成電路的設計制造成本不斷提高。從32nm到16nm,設計成本的增加超過了1億美元。在22nm工藝節點上,一條達到盈虧平衡的晶圓生產線投資需要高達80億美元~100億美元。到16nm工藝節點時,可能達到120億美元~150億美元。“如果沒有足夠龐大規模的應用市場給予支撐,企業是很難生存的。就目前應用市場來看,可穿戴設備與物聯網前景看好,但這些市場呈現細分化、碎片化的特點,給方案提供商帶來挑戰。智能手機在未來一段時間內仍將是最主要的集成電路應用市場,對產業的帶動巨大。”梁新夫說。
最重要的是,目前中國大陸手機廠商正在快速成長。在全球前五大手機制造商中,三星這一年第二季度智能手機出貨量為7430萬部,比上一年同期的7730萬部下降3.9%,所占市場份額也從上一年同期的32.3%下降至25.2%;與此同時,蘋果智能手機出貨量為3510萬部,比上一年同期的3120萬部增長12.4%,但所占市場份額卻從上一年同期的13.0%下降至11.9%。而排名第三的華為,這一年第二季度智能手機出貨量為2030萬部,比上一年同期的1040萬部增長95.1%,所占市場份額也從上一年同期的4.3%增至6.9%;排名第四的聯想,這一年第二季度智能手機出貨量為1580萬部,比上一年同期增長38.7%,所占市場份額從上一年同期的4.7%增至5.4%;“中華酷聯米”等中國本土手機制造商已對全球其他對手形成更大壓力。“中國手機廠商的成長為中國本土智能手機芯片產業鏈的發展提供了基礎。一批本土IC設計公司,展訊、聯芯科技、銳迪科等智能手機芯片設計企業,全志科技、瑞芯微等平板電腦芯片設計企業,瑞聲科技、歌爾聲學、美新半導體等MEMS傳感器企業,因此受益并成長壯大起來。這些設計企業的發展又將給本土制造、封裝企業帶來更多的機會。”梁新夫表示。
產業鏈打通 IC實力整體提升:中國大陸完全可以大批量承接智能手機等應用的高端集成電路產品加工業務。
從模擬到數字、從固定到移動、從窄帶到寬帶、從TDM到IP,移動通信技術一路變革,出現了許多重大創新和技術突破。未來,智能手機芯片仍將出現許多新的發展趨勢,處理性能越來越高、芯片尺寸越來越小型化、薄型化等。與之相應,芯片制造封裝環節也必須采用大量新的技術加以實現。
②手機射頻IC產業:唯捷創芯(天津)電子技術股份有限公司(證券簡稱:唯捷創芯證券代碼:834550)今天獲批通過協議轉讓的方式在全國股轉系統(簡稱:新三板)掛牌公開轉讓。2015年11月24日其掛牌資料已在股轉公司官網公開披露。
公開資料顯示,唯捷創芯(天津)電子技術股份有限公司于2010年在天津經濟技術開發區注冊成立,主要從事射頻與高端模擬集成電路的創新設計、生產與銷售。在天津、北京、上海、深圳、蘇州、香港等地設有研發或運營機構。
經過過去5年的耕耘,唯捷創芯已成長為國內首屈一指的專業射頻集成電路設計企業,也是目前唯一大規模量產2G、3G、4G所有標準射頻前端產品的國內公司。公司的產品主要應用于各種制式的手機和平板電腦中,產品涉及的網絡制式包括GSM、CDMA、TD-CDMA、WCDMA、TDD/TDDLTE等,產品品質得到國內眾多品牌客戶的認可。
公告顯示,2013年、2014年、2015年1-4月公司營業收入分別為3.40億元、4.67億元和1.41億元;報告期內,公司95%以上主營業務收入來自2G和3G產品。2014年,公司開始研發4G產品。
2015年6月4日,唯捷創芯正式宣布向市場推出最新一代的射頻前端產品組合。產品應用于4G移動通訊,包含2套組合,分別支持3模和5模的4G移動通信終端應用,符合MTK的4G通信平臺定義的phase2射頻前端標準。4G產品的推出將為公司業務收入提供新的增長點。公司在推出應用于4G新產品的同時,也宣布了一系列應用于3G手機的新型射頻前端產品以及獨立開關產品,這些產品都同樣符合MTK最新phase2標準。
作為一家Fabless模式的專門從事IC設計的企業,唯捷創芯特別重視自主知識產權技術的研發,公司研發技術人員占總人數的近50%。至今唯捷創芯已經有二十多項集成電路相關的專利及布圖設計專有權,并對所有Vanchip品牌產品都擁有完整的自主知識產權。
隨著無線通信技術向4G、5G的持續演進,作為整體技術門檻較高的半導體產品,射頻前端的重要性越發突出。希望在國家推動集成電路產業進步的春風下,唯捷創芯能繼續不懈努力,早日成長為中國本土的世界級射頻集成電路設計企業。
③4G時代手機射頻IC封裝:從2009年12月到2014年1月,全球有101個國家/地區共264個LTE網絡投入商業運營。預計未來五年將有幾乎同樣多數量的LTE網絡投入運營,LTE網絡將會覆蓋全球64%的人口。同時,據市場調研公司預計,未來五年智能手機的高端市場會趨近飽和,年均復合增長率會小于5%;但由于存在替換原來功能機的需求,中低端智能手機市場會仍然以大于20%的速度增長;因此,智能手機總的出貨量會以約15%的速度增長,但每個設備的RF含量會以更快的速度增長。
濾波器需求增長:由于4G LTE的出現,使得頻段越來越多,頻段越多就會導致智能手機的設計復雜性越來越大;加上頻譜資源是一個非常稀缺的資源,特別是在北美和歐洲地區,頻譜非常擁擠,這樣就一定會增加濾波器的復雜性。TriQuint中國區移動產品銷售總監江雄在9月份IIC期間的一次主題演講中表示,“LTE的采用將會推動RF總體有效市場(TAM)大幅增長。”
他指出,未來幾年,高性能濾波器會以年均復合增長率40%~50%的速度增長。他強調,這里的高性能濾波器主要指體聲波(BAW)和溫度補償聲表面波(TC-SAW)這兩種濾波器。
智能手機中的高級濾波器需求會持續增加,從圖2中我們可以看到移動設備中的RF器件發展主要有三個趨勢:一是功率放大器市 場是從持平到緩慢下降,江雄認為這主要是因為寬帶放大器的應用造成的;二是CMOS開關和調諧元件會穩步增長,調諧元件目前很多手機沒有,但以后的手機基 本都會具備;三是濾波器的增長是非常迅速的。他認為這后面的原因比較多,但最主要的是頻帶擴散、載波聚合和分集接收/WiFi。
其實濾波器技術經歷了不同的發展階段,據江雄回憶,十幾年前的SAW濾波器還是陶瓷封裝的,陶瓷封裝很堅固,也很耐用;后來日本的村田將它做成了塑料封裝。 再后來發展成現在的WLP封裝。這種晶圓級的封裝是以BGA技術為基礎,是一種經過改進和提高的CSP。有人又將WLP稱為圓片級-芯片尺寸封裝。圓片級 封裝技術以圓片為加工對象,在圓片上同時對眾多芯片進行封裝、老化、測試,最后切割成單個器件,可以直接貼裝到基板或印刷電路板上。它使封裝尺寸減小至 IC芯片的尺寸,生產成本大幅下降。
“眾所周知,智能手機廠商對成本都比較敏感,一般都會盡可能降低制造成本。同樣,如果濾 波器的成本過高,肯定會提高手機廠商的成本。而在整個濾波器的成本中,所占比重最大的可能很多人都猜不到是哪一部分。”江雄在演講中表示,“其實濾波器里 面部分的成本并不高,最高的部分在于封裝,對于陶瓷封裝來說,封裝的成本占整個濾波器成本的50%左右,塑料封裝的成本占85%以上。而現在的WLP封裝 成本很低,使得濾波器的成本一下就降下來了。”
“這是一種顛覆性的技術。”他抑制不住自己的興奮。說到Tri Quint在中國市場上的表現,他自豪地表示:“目前中國市面上能見到的LTE手機,基本上都有使用我們的BAW濾波器。2014年的濾波器產量大于10億,是全球成長最快的濾波器制造商。”
射頻功率放大器的不同工藝對比:載波聚合、多頻帶和嚴格的系統指標將會持續推動射頻前端的集成趨勢,提高集成度可以克服LTE RF的挑戰。TriQuint也推出過不少集成化的產品。但說到集成,不得不提高通的RF360射頻前端解決方案,該方案是一個高度集成的射頻前端,基本 整合了調制解調器和天線之間的所有基本組件,包括:集成天線開關的射頻功率放大器、無線電收發器、天線匹配調諧器和包絡功率追蹤器。使用該方案能夠簡化和 解決蜂窩前端面臨的眾多復雜挑戰。這個解決方案是基于SOI CMOS工藝的,其實到目前為止它的性能指標還是沒辦法跟GaAs技術相比。江雄表示,GaAs在性能上有更好的優勢,如果同樣是使用GaAs技術的話, 效果可以有60%的提升。他同時還指出了CMOS技術一個比較很大的“痛點”,那就是成本較高,利潤很不理想。
在狄松看來,“未來幾年,我們預計LDMOS還將繼續占領市場主流。但我們同時看到,在一些高頻段應用領域(比方說3.5GHz或更高頻段),由于GaN的性能優勢,對于效率要求較高的項目,GaN的方案會被應用在其中進行補充。”
另外,他還認為隨著5G的推出和標準的逐步明確,各個器件供應商會推出集成度較高的器件,如RFIC等。如果頻段較高,如工作在10GHz以上的頻段,功放 可能會采用GaAs,GaN或更新的技術材料器件。對此,他覺得主要原因是因為用于手機上的射頻功率放大器輸出功率較小,相對基站功放來說,單芯片比較容 易滿足多頻段和多制式的要求。
總結:隨著LTE的出現,智能手機需要支持的頻段越來越多,給手機的設計帶來了更大的難度,需要的射頻器件也變得越多。這個必將促使射頻廠商提供更多集成度更高、性能更好的產品。而未來哪種射頻技術最合適,還需要市場的檢驗,就目前來說低成本的射頻技術更加受手機廠商青睞。
(5)PC領域先進封裝:
①產業近況:2015年受到需求面不振、持續供過于求的影響,DRAM價格呈現顯著衰退,尤其以標準型內存最為明顯。TrendForce旗下存儲事業處DRAMeXchange調查顯示,在寡占市場型態下,雖然小幅供過于求且價格持續下滑,各供貨商生產仍保持紀律,未有明顯新增產能,因此延續2013年與2014年態勢,這一年DRAM各廠仍維持全面獲利。
DRAMeXchange研究協理吳雅婷表示,2016年雖然受惠于智能手機及服務器的需求影響,單機搭載容量會有顯著提升,但各項終端產品仍難有爆發性的發展。
DRAMeXchange預估2016年整體DRAM需求增長約為23%,供給位元成長約為25%。市場仍維持小幅供過于求,DRAM單價持續下滑,各家獲利能力將大幅取決于制程轉進所帶來的成本下降以及產品組合的調配。
2016年DRAM產業趨勢分析如下:年度位元產出來自20納米制程轉進,晶圓投片量大約持平。吳雅婷表示,DRAM屬寡占市場型態,各供貨商在產能的擴張上皆有所節制,相較仍處于完全競爭市場型態的NAND Flash健康許多。2016年的位元產出主要是來自于SK海力士與美光半導體20/21納米的轉進,晶圓產能上,除三星的Line17可能再微幅上升、SK海力士的新廠M14會陸續啟用之外,2016年DRAM總投片量與2015年呈現持平。
DDR4正式取代DDR3成為市場主流:隨著市場需求轉變以及20納米逐漸成熟,DDR4的生產比例越來越高。2015年由于Intel平臺支持度的問題,DDR4的導入主要發生在服務器端,并且已經率先在第四季取代DDR3成為主流。DRAMeXchange預估,個人計算機(PC)/筆記本電腦端由新平臺Skylake開始采用DDR4,將會在2016年第二季起放量,成為主流解決方案。
行動式內存與服務器內存生產比重持續提升:智能手機受惠于20nm制程產出的LPDDR4普及度越來越高,高端旗艦機型(除蘋果以外)以3GB/4GB為標準規格。吳雅婷指出,2016年第二季起就會有單機DRAM搭載容量上達6GB的機型問市,大幅增加行動式內存的需求動能。服務器內存亦然,受惠于20nm制程產出的DDR4普及度升高,在高容量32GB/64GB組件成本降低,促使廠商策略性調降價格以刺激需求,有助于服務器內存生產比重提升。
3.TSOP封裝:TSOP(ThinSmallOutlinePackage)封裝如圖3,即薄型小尺寸封裝。TSOP內存是在芯片的周圍做出引腳,采用SMT技術(表面安裝技術)直接附著在PCB板的表面。TSOP封裝外形尺寸時,寄生參數(電流大幅度變化時,引起輸出電壓擾動)減小,適合高頻應用,操作比較方便,可靠性也比較高。同時TSOP封裝具有成品率高,價格便宜等優點,因此得到了極為廣泛的應用。
TSOP封裝方式中,內存芯片是通過芯片引腳焊接在PCB板上的,焊點和PCB板的接觸面積較小,使得芯片向PCB辦傳熱就相對困難。而且TSOP封裝方式的內存在超過150MHz后,會產品較大的信號干擾和電磁干擾。
③NAND閃存產業現狀:
1. 三星業內首先量產3bit 3D V-NAND閃存
全球先進半導體技術領軍品牌三星電子今天宣布已經開始量產用于固態硬盤的業內首個3bit MLC 3D V-NAND閃存。
三星電子存儲芯片營銷部門負責人韓宰洙高級副總裁表示:“通過推出一條全新的高性能高密度固態硬盤產品線,我們相信3bit V-NAND將會加快數據存儲設備從傳統硬盤向固態硬盤的轉換。固態硬盤產品的多樣化,將加強三星產品的市場競爭力,進一步推動三星固態硬盤業務的發展。”
3bit V-NAND閃存是基于三星第二代V-NAND芯片技術的最新產品,每片閃存芯片由32層垂直堆疊的存儲單元組成,單片閃存的存儲容量可達128Gb。利用三星獨有的3D電荷捕獲型柵極存儲單元結構技術(3D Charge Trap Flash),各個存儲單元把電荷存儲在絕緣體中,并通過存儲單元陣列一層接一層地向上垂直堆疊,制造出含有數十億個存儲單元的芯片。
該款產品單個存儲單元容量為3bit,每片芯片存儲單元陣列垂直堆疊32層,因而大大提高了生產效率。與三星的10納米級3bit平面閃存相比,新推出的3bit V-NAND立體閃存的晶圓生產效率提高了一倍以上。
除此之外,三星電子推出了基于第二代V-NAND閃存的高端固態硬盤系列產品,并提供128GB、256GB、512GB、1TB等多種容量選擇。三星電子在上一年面向數據中心推出基于三維V-NAND的固態硬盤之后,此次則開始進入高端電腦市場,從而進一步擴大了V-NAND產品的市場份額。
三星電子存儲芯片事業部戰略營銷部門負責人全永鉉副總裁表示:“通過推出覆蓋數據中心和高端電腦市場的一系列V-NAND固態硬盤產品,我們進一步拓展了三維V-NAND產品的用途。而今后也將繼續為全球的IT用戶及時地提供穩定,高性能和高密度的V-NAND固態硬盤和芯片,以促進市場快速采用三維NAND閃存技術。”
芯片組:(chipsets)(pciset) :分為南橋SB和北橋NB。
南橋:即系統I/O芯片(SI/O):主要管理中低速外部設備;集成了中斷控制器、DMA控制器。
功能:
1) PCI、ISA與IDE之間的通道。
2) PS/2鼠標控制。(間接屬南橋管理,直接屬I/O管理)
3) KB控制(keyboard)。(鍵盤)
4) USB控制。(通用串行總線)
5) SYSTEM CLOCK系統時鐘控制。
6) I/O芯片控制。
7) ISA總線。
8) IRQ控制。(中斷請求)
9) DMA控制。(直接存取)
10) RTC控制。
11) IDE的控制。
南橋的連接:
ISA—PCI
CPU—外設之間的橋梁
內存—外存
北橋:系統控制芯片,主要負責CPU與內存、CPU與PCI-E之間的通信。掌控項目多為高速設備,如:CPU、Host Bus。后期北橋集成了內存控制器、Cache高速控制器;
功能:
① CPU與內存之間的交流。
② Cache控制。
③ AGP控制(圖形加速端口)
④ PCI總線的控制。
⑤ CPU與外設之間的交流。
⑥ 支持內存的種類及最大容量的控制。(標示出主板的檔次)
發展史:
(1)南橋芯片:南橋芯片(South Bridge)是主板芯片組的重要組成部分,一般位于主板上離CPU插槽較遠的下方,PCI插槽的附近,這種布局是考慮到它所連接的I/O總線較多,離處理器遠一點有利于布線。相對于北橋芯片來說,其數據處理量并不算大,所以南橋芯片一般都沒有覆蓋散熱片。南橋芯片不與處理器直接相連,而是通過一定的方式(不同廠商各種芯片組有所不同,例如英特爾的英特爾Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”)與北橋芯片相連。
南橋芯片負責I/O總線之間的通信,如PCI總線、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實時時鐘控制器、高級電源管理等,北橋負責CPU和內存、顯卡之間的數據交換,南橋負責CPU和PCI總線以及外部設備的數據交換。
Intel:英特爾的加速中心架構(Accelerated Hub Architecture,縮寫AHA)首次出現在它的著名整合芯片組i810中。在i810芯片組中,英特爾一改過去經典的南北橋構架,采用了新的加速中心構架。加速中心架構由相當于傳統北橋芯片的GMCH(Graphics & Memory Controller Hub,圖形/存儲器控制中心)和相當于傳統南橋芯片的ICH(I/O Controller Hub,I/O控制中心),以及新增的FWH(Firmware Hub,固件控制器,相當于傳統體系結構中的BIOS ROM)共3塊芯片構成。
在這種新的加速中心架構中,兩塊芯片不是通過PCI總線進行連接,而是利用能提供兩倍于PCI總線帶寬的專用總線。這樣,每種設備包括PCI總線都可以與CPU直接通訊,Intel 810芯片組中的內存控制器和圖形控制器也可以使用一條8bit的133MHz“2×模式”總線,使得數據帶寬達到266MB/s,它的后續芯片組i8xx也大多采用這種架構。
然而,分立通道設計也有其缺點。PCI總線與Hub Link或V-Link通道之所以一個時間內只允許一個設備傳輸數據,是因為只有一條線路,而且傳輸時采用的頻率固定。如果采用分立的通道則可以較好地解決這個問題,雖然在DMA的內存一端,一個時間還是只能為一個設備服務,但服務完后不必等待總線清空,即可立即為下一個設備服務,而其他設備(可以是一個或多個)的數據請求可不干擾當前設備的工作而發送至內存控制端(相信會有一個針對這8個設備的隊列寄存器來對任務進行排序),在數據傳輸完后立刻執行下一任務,從而有助縮短設備和系統的等待與延遲時間,變相提高了每一設備的數據傳輸率。從這一點來說,Multi-Threaded I/O Link的設計對多任務操作有利。