芯片封裝發(fā)展史:從單芯片封裝過渡到多芯片封裝再到系統(tǒng)級封裝
封裝技術,是芯片產(chǎn)業(yè)必不可少的一環(huán),就像人需要穿衣服一樣,芯片生產(chǎn)出來需要封裝。一個芯片生產(chǎn)出來不封裝是無法直接使用的,封裝既是對芯片的保護,也是為了給芯片提供一個對外交流的接口。封裝的設計,就像給人穿衣服一樣,要對芯片知冷知熱,芯片工作時產(chǎn)生的熱量必須通過封裝外殼高效地傳導出來,避免芯片燒毀,封裝好的芯片可以隔絕空氣減少元器件和電線氧化失效。同時,芯片封裝又不僅僅是穿衣服那么簡單,你可以理解成高檔的燈具絕不是簡單地把電燈泡包起來。通過封裝,可以讓多個芯片整合在一起,發(fā)揮1+1大于2的功效。對于有些領域,封裝的成本甚至會超過芯片本身,可見芯片封裝的重要性。
早期的芯片封裝確實比較簡單,只是把芯片給包裝起來,并給芯片提供一個對外的接口。大家看過電路板的話,那些有兩排插腳像短蜈蚣一樣的元器件,就是使用早期的封裝技術。但是隨著芯片性能的不斷提高,早期的封裝技術就遠遠無法符合要求了。后來有了方形芯片四面都是插腳的封裝方式,再后來又發(fā)展出了焊球陣列封裝。從外觀上看只是接口形式的變化,但是從內部看卻越來越復雜。
芯片封裝從單芯片封裝過渡到多芯片封裝再到系統(tǒng)級封裝。單芯片封裝方面,從注重接頭效率,到注重封裝效果,比如芯片尺寸封裝,像手機這樣的設備要求封裝以后的芯片越小越好,也就是芯片封裝外殼越小越好,哪怕封裝后的芯片比別人大一點或者厚一點,都有可能成為被客戶放棄的理由。當初臺積電從三星手里面搶奪蘋果訂單,就是依靠理念更先進的封裝技術。
這是近50年來芯片制成的發(fā)展曲線,其中第一個采用1萬納米的CPU是英特爾的4004,第一個采用5納米制成的是水果公司的A14,下面說一下芯片之城到底是什么鬼東西,也就是我們所說的七納米、十納米,這些到底指的是什么?還有它們都采用了什么工藝?
這些工藝大致可分為兩類,在22納米之前,采用的是平面晶體管工藝,而22納米到現(xiàn)在的5納米,采用的是3D晶體管工藝。你看,這是一個平面晶體管,這是他的源極,這是漏極,這是它的通電溝道,這是絕緣層,這是柵極,當我們給柵極施加電壓時,MOS管導通,電子從源極流向漏,即我們所說的制程工藝就是這個溝道的長度。
另外,臺積電也傳來了新消息,已經(jīng)獲得了大量新的芯片訂單,情況是這樣的。
都知道,蘋果芯片訂單都是臺積電代工生產(chǎn)制造的,蘋果自研的5G射頻芯片訂單也將交給臺積電代工,全部都是采用6nm工藝。
最關鍵的是,臺積電獲得了大量的4nm、3nm以及2nm芯片訂單。
據(jù)悉,高通已經(jīng)將大量4nm芯片訂單轉移到臺積電,即便是3nm芯片,其也全部給了臺積電,而蘋果和英特爾的3nm芯片訂單也基本上都落到臺積電手中。
但沒有想到的是,由于三星4nm芯片的良品率低,已經(jīng)導致高通不滿意,消息稱,高通已經(jīng)將部分4nm芯片訂單交給了臺積電代工生產(chǎn)。
即便是2nm芯片訂單,甚至可以預期到 2025 年的 2nm 訂單都已經(jīng)有排期。
由于臺積電獲得了大量5nm以下制程的芯片訂單,其預計年營收復合增長率為10%到15%,結果也修正為15%到20%之間。
4nm、3nm、2nm都來了,超2000億美元也不好使
據(jù)悉,大量的5nm以下制程的芯片訂單流向臺積電,主要就是因為臺積電良品率高,產(chǎn)能大,畢竟,臺積電拿下了全球63%以上的EUV晶圓。
長電科技官宣,稱已經(jīng)可以實現(xiàn)目前4nm手機芯片的封裝工藝,除了4nm工藝的封裝以外,PC、筆記本等電腦設備所用的CPU,以及顯卡GPU等顯示芯片也可以完成封裝,這也意味著國內的技術已經(jīng)能正式接受封裝的代工需求。
這預示著國產(chǎn)制造廠的有一大突破,4nm工藝為目前半導體行業(yè)的主要需求,能夠完成封裝工藝無疑是個好消息。
近日,多款采用4nm制程芯片的手機,被用戶吐槽存在發(fā)熱量高和功耗高等方面的問題。據(jù)了解,此次涉嫌功耗過熱的3款頂級手機芯片,分別是高通驍龍8Gen1、三星Exynos2200、聯(lián)發(fā)科天璣9000,均為目前各廠商高端芯片的代表。同時,天璣9000的生產(chǎn)商是臺積電,Exynos2200和驍龍8Gen1的生產(chǎn)商是三星,為排名前兩位的芯片代工制造商。
去年年初,5nm芯片就因發(fā)熱問題被頻頻吐槽,如今4nm芯片再度陷入同樣的困境:先進工藝制程芯片存在漏電流問題,導致發(fā)熱量過高,似乎已經(jīng)成為一種“魔咒”,是芯片制程工藝最大的障礙之一。芯片的制程工藝仍在不斷延伸,未來如何有效破解漏電“魔咒”已經(jīng)成為整個芯片制造領域的努力方向。
短溝道效應帶來挑戰(zhàn)
一般情況下,根據(jù)登納徳縮放比例定律,隨著芯片尺寸的縮小,所需的電壓和電流也會下降,由于功耗會受電壓和電流的影響,當制程工藝提升、電壓和電流隨之下降時,其芯片產(chǎn)生的功耗也會降低。臺積電表示,與7nm工藝相比,同樣性能下5nm工藝的功耗降低30%,同樣的功耗下則性能提升了15%。
在過去那2年半導體超級周期里,終端市場的火熱使得芯片設計企業(yè)紛紛對晶圓代工廠做出了長期購買的承諾,現(xiàn)如今受到通貨膨脹加劇、消費電子疲軟等一系列的影響,半導體產(chǎn)業(yè)迎來了下行期,這也導致曾經(jīng)芯片廠商的大幅拉貨成為了現(xiàn)在急需清理的庫存。
當然根據(jù)芯片種類的不同,庫存水位也有所差異。據(jù)MoneyDJ新聞報道,MCU、驅動IC等通用芯片產(chǎn)品目前普遍庫存水位大多偏高,4-5個月以上都有;而模擬芯片等產(chǎn)品品項多、數(shù)量多,因此目前庫存水位相對沒有那么高,但預期今年的庫存也會比起去年增加。
臺積電在日前的法說會中指出,目前半導體供應鏈庫存調整需要幾個季度,可能將持續(xù)到2023年上半年。對此,IC設計業(yè)者大多認為,庫存去化完畢、再次回補庫存的時間點會落在第4季,最晚則是到年底到農歷年前。
為了盡快達到供需平衡,芯片廠商們開始新一輪花式清庫存。
第一種方式就是降價,這也是最直接的一種方式,比如近幾年乘著數(shù)據(jù)中心東風,市值一路飆升的英偉達。由于消費市場的疲軟,以及挖礦浪潮的褪去,今年顯卡的價格開始下跌,從最新一季度財報來看,英偉達游戲業(yè)務營收環(huán)比下滑44%,英偉達創(chuàng)始人黃仁勛直接表示:“隨著季度的推進,我們的游戲產(chǎn)品銷售預期開始顯著下降,在公司判斷宏觀條件對銷售側的影響將持續(xù)后,與合作伙伴采取了調整渠道價格和庫存的策略。
黃仁勛的此番言論也意味著,英偉達后續(xù)可能下調手頭庫存的顯卡價格。據(jù)了解,此前,英偉達曾推出了一項活動,凡是購買旗下GeForce RTX 3080/3080 Ti/3090/3090 Ti顯卡或整機、游戲本等產(chǎn)品的消費者,可以免費獲得《幽靈線:東京》和《毀滅戰(zhàn)士:永恒》兩款3A游戲大作。此舉雖然沒有降低顯卡價格,但是通過贈送游戲,也算是一種變相降價促銷的手段。
英偉達還警告稱,它將在 2023 財年第二季度從收益中計提 13.2 億美元的費用,其中包括游戲 GPU 庫存的沖銷以及在“安培”一代期間與其 GPU 代工合作伙伴(主要是臺積電)的采購承諾。
第二種,就是降低晶圓廠投片量。據(jù)臺媒工商時報報道,由于受到消費市場較大的影響,手機芯片廠商聯(lián)發(fā)科近期也加大了庫存去化力度,其中就包括降低在臺積電以外的晶圓代工廠投片量,不過,減少的訂單并沒有全部取消,而是要求投片時間延后,同時要求封測廠配合調整生產(chǎn)安排,包括舊產(chǎn)品封測暫停生產(chǎn),并將晶圓庫存暫時寄放在封測廠,新產(chǎn)品封測降載生產(chǎn),并拉長交貨時間。業(yè)界消息顯示,聯(lián)發(fā)科為了降低庫存,第二季度已開始對晶圓代工廠投片量進行調整。
聯(lián)發(fā)科執(zhí)行長蔡力行在近期舉行的在線法人說明會上表示,近幾個月高通膨影響消費者信心,總體經(jīng)濟的挑戰(zhàn)增加了市場需求的不確定性,亦導致芯片需求的下降。觀察到客戶及銷售通路已開始積極調整庫存,預期未來的2至3個季度都還會持續(xù)調整。郭明錤的最新報告指出,聯(lián)發(fā)科針對中低階產(chǎn)品,四季度的的出貨目標已砍30–35%
除了聯(lián)發(fā)科外,據(jù)Digitimes報道,蘋果、AMD、以及英偉達也罕見下調臺積電的訂單量。據(jù)透露,蘋果下調規(guī)模未知,但iPhone新機首批出貨量減少一成,此前預計iPhone 14 系列首批出貨量約 9000 萬部;AMD削減第四季度至2023年首季約2萬片的7/6納米制程訂單;英偉達向臺積電表明將延遲且縮減首波訂單。
第三種方式,則是漲價。在市場需求不振的當下,英特爾、高通等芯片大廠卻傳來漲價的消息。對于大廠們的漲價舉措,DigiTimes 稱Intel 打算近期提高 CPU 價格的策略來激進計算機供貨商立即購買更多數(shù)量的產(chǎn)品。騰旭投資投資長的程正樺也分析指出,現(xiàn)在是IC設計產(chǎn)業(yè)正在清庫存,但不久后又有新的芯片要進來了,由于市場需求實在太爛,廠商以另一個角度思考,反正降價賣不動,就告訴客戶明年要漲價,現(xiàn)在就快點把貨拉走,先度過這波景氣修正,至于明年漲價的細節(jié),明年再說。





