半导体狂潮二部曲:封测再起,寻找下一个赢家

台湾半导体产业正走上新拐点。2020年开始,封测将成为半导体产业的新明星,追上潮流的公司已经“闷声赚钱”,这将会是台湾下一个发光发热的全球第一。

过去被视为低毛利、低增长的封装产业,2020年起不同了。许多封测厂的营收获利在2020年创下成立以来新高记录;与此同时,在台积电带头下,台湾封测供应链正在进行近年来最大规模的扩厂计划。“我入行27年,第一次听到所有封测大佬板说,接下来会好10年”一位设备厂主管说。

半导体狂潮二部曲:封测再起,寻找下一个赢家。

全台疯扩厂日月光手笔最大

12月底,财讯采访团队到台湾各地实地观察各厂扩产状况。在苗栗,台积电第5座先进封装厂正在赶工兴建,整个基地约有2个足球场大;在高雄,全球最大封测厂日月光投控,除了创建5G无人工厂,更宣布要再兴建7座无人工厂,甚至要挑战三星的规模,未来要在台湾多聘20,000人,成为台湾最大雇主。

5G、AI和电动汽车等新应用带动半导体需求,Prismark预测,2024年之前全球封装产业每年将以5.6%速度增长。

走进竹科旁的湖口工业区,全球第9大封测厂颀邦科技的新厂房大楼,已进入完工阶段;不远处,全球第5大封测厂力成,也买下台积固态照明旧厂,正准备改装成最先进的面板级封装技术生产基地。力成首席执行官谢永达说,这座厂将于2021年第1季完工,2022年开始试产。

高端载板扩产速度更是急如星火。“高端载板现在非常非常缺,连台积电都会担心载板供应短缺。”一位封测厂总经理说。在桃园,我们也看到欣兴如巨舰般庞大的新厂,主体结构已完成,将生产技术难度最高的ABF载板。

不只高端制程,传统封装企业也在扩厂。生产半导体封装导线架的长科,也正在高雄加工出口区建新厂。董事长黄嘉能说:“现在下单,交期要排到半年以后。”此外,谢永达也透露,力成旗下的超丰“2019年才刚盖厂,2020年就满了,明后年,还会再盖厂”。

现在,整个封测产业链,从最高端的芯片级封装,到最传统的打线封装,全都是旺!旺!旺!

导线架抢手订单交期排到半年后

美国知名市场调查公司Prismark资深顾问Brandon Prior,接受财讯采访时指出,全球封装产业,不包含测试,市场规模为570亿美元;2019年到2024年,全球封装市场每年会有5.6%复合增长率,“封装会比整个半导体市场增长速度还快”。

日月光投控新的5G无人工厂。厂房内看不到几个人,陈设已和芯片厂越来越像,和过去劳力密集的产线,已有很大不同。(Source:日月光)

他分析,若只看先进封装,目前市场规模约为57亿美元,其中,复晶封装会以半导体市场的2倍速度增长;此外,高密度扇出型封装(属于芯片级封装)也会翻倍增长。他认为,即使是成熟的打线封装制程,需求也会增加,“但年增长率约在5%以下”;同时短期内大部分半导体产品不会有供过于求的状况。

封装产业翻红,原因之一是计算机不再只是用来打字、上网,AI和5G对运算能力的需求极为巨大,而且半导体制程微缩越来越困难,成本越来越高。

过去30年,微缩技术就像是现代炼金术,让同一片芯片,切割出更多、性能更好的晶粒;虽然总成本上升,但因为晶粒数也增加,产品平均成本降得更低,同样一片芯片,可以变出好几倍的营收。不过,制程微缩带来的经济效益,已经开始改变了。

先进封装正流行芯片厂增长新动能

根据美国乔治城大学安全与新兴技术中心(CSET)的调查,过去3个时代,台积电做出的晶粒平均价格都大幅下滑,但是最新的5纳米制程制造出的芯片,平均价格不降反升,比前一代多出了5美元。5纳米制程投资成本较前一代增加近1倍,要制造5纳米芯片,不但要用到昂贵的EUV(极紫外光)设备,而且每一片5纳米芯片要用到多达14道EUV光罩加工。

因此,为了让未来芯片的性能继续提升,价格持续降低,台积电等半导体厂早已研发芯片级先进封装;因为,如果整颗IC都用最先进的制程制造不划算,新的方法是,只有芯片最重要的部分用最先进制程制造,其他次要功能,像电源管理、天线组件,则沿用旧的制程,通过封装技术,集成成一颗芯片。

台积电董事长刘德音2020年就公开表示,微缩加3D IC技术,未来能让每单位运算密度每2年增长2倍。

台积电为了先进封装技术苦熬10几年,这个故事还跟日前才宣布离开的中芯共同首席执行官梁孟松有关。当年,梁孟松是研发线宽微缩的一流技术高手,梁孟松力求表现,希望能争得台积电副总位置。当时,在台积电内部,只有研发线宽微缩的人才,叫一流人才。

技术大竞赛自备化成标准配备

但是,当时台积电高层希望梁孟松转向研究先进封装,超越摩尔定律,这是个冷衙门,短期内也不会赚钱,梁孟松因此拂袖而去。却没想到,他的同事余振华接下研发先进封装的命令后,苦熬多年,台积电不但因这项技术独吃苹果订单,余振华也因此升任副总经理,台积电创办人张忠谋还推荐余振华拿下总统科学奖。

“以后芯片厂要靠先进封装增长。”业界人士观察。因为传统封装是靠打线机把一条一条线打在芯片上完成,一颗芯片顶多能串联数百、上千条线,芯片级的先进封装,却是用半导体制程,把一个个显微镜下才能看见的金属接点接在芯片上,串联上万条线路,线路密度可以达到传统封装的数10倍以上。

台积电竹南新厂。

全球封测龙头日月光投控自然不会错过这个机会;但是,他们的盘算完全不同。

“硅品之前就为苹果专门设了一条芯片级封装产线,但几乎从没填满过。”业界人士透露,封装厂早看到先进封装的潜力,封测厂内部已从劳力密集的生产线,变成穿着无尘衣,遍布自动化设备的高科技厂房。

“芯片级封装,60、70颗芯片要价100美元,传统打线制程只要几美分,相差好几10倍。”业界人士观察。做3D IC封装,传统封测业的弱点是,如果台积电做先进封装失败,只要再生产一片芯片给客户即可,但封测厂却要用市价赔偿,一片要价上万美元。

日月光投控的第18座智能工厂,是首座结合5G、大数据技术的智慧工厂。

在这场竞赛中,封测厂的优势是,拥有各种封测技术可以运用,每一项都不容易。像2.5D的芯片级封装材料标准,还是日月光投控最先提出的,从最便宜的打线封装,到最昂贵的芯片级封装,封测厂都有产能可以提供。因此,封装厂积极发展系统级封装(SiP),这种技术可以集成各家的IC,做成一颗芯片大小的模块,提供原本一整片PCB(印刷电路板)才能做到的功能,与鸿海等系统组装厂抢市场。

传统封测厂靠资源集成胜出

或是发展更先进的封装技术,把先进封装做到更便宜。例如,力成新厂的新技术,是能用一整片面板大小的基板,一次封装3片12英寸芯片,成本比一次只封装一片的芯片厂更有竞争力。对天线、Wi-Fi、电源管理等应用,传统封测厂握有优势。

“日月光会重演当年“铜线战争”的成功模式。”业界人士观察日月光的布局,过去电子产品打线是以黄金作主要材料,黄金质地软,容易加工,但当时日月光早已悄悄布局铜打线制程,“有一年,金价大涨,接一样的订单,日月光获利是对手的数倍,这一役让日月光站上封装龙头”。

看好商机,中国江苏长电也大力投资先进封装技术;此外,鸿海也借由投信息芯,跨入系统级封装市场反攻。面对对手进逼,日月光投控早在11年前就布局自动工厂,整座厂房看上去就与芯片厂相似,产线上只能看到少数穿无尘衣的工作人员。吴田玉曾表示:“自动化工厂完成的那天,我整整大笑了一个星期。”日月光投控已准备用自动化面对对手的低价竞争。

即使是传统的封装厂,也会跟着这一波潮流增长。像生产传统导线架的长科,2020年就在高雄投资兴建新的导线架蚀刻生产线。长科董事长黄嘉能分析,传统的导线架也在进步,过去旧的导线架技术只能做出1排接脚,现在的新技术却能做出2排甚至多排,可以做出200、300个接点,开始侵蚀原本较为高端的BGA封装市场。国际网通大厂中高端芯片现在改用导线架,也能做出面积比过去更小、更省成本的新产品,黄嘉能现在的目标,就是做到全球导线架第一大厂。

新需求全面引爆投资机会藏不住

“5G绝对是推力之一。”黄嘉能说,5G现在只是刚刚开始,但5G带动万物联网的需求,会让芯片需求增加,市场变大,占整个市场一大半比率的中低端芯片需求自然大增。超丰等传统封装厂的业绩持续增长,也证明这个现象。

接下来几年,AI、5G、物联网和电动汽车,会激发更多的需求。在先进封装成为显学之后,芯片厂会侵蚀部分封测厂的生意;但与此同时,封测厂也会用更低的成本和更高效的产品,拿走部分系统组装厂的生意。

未来几年,封测产业将是一场芯片厂、封测厂和系统厂的跨界大乱斗,各种新材料、新设备需求将出现,台湾厂商也有机会抢先卡位。这是台湾在半导体下一个10年不能错过的大趋势,也蕴藏许多投资机会。

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