推動(dòng)半導體產(chǎn)業(yè)實(shí)現兩位數增長(cháng)

如今“顛覆性”一詞可能被過(guò)度使用，但它通常只適用于一種技術(shù)。例如，當90年代末期PC產(chǎn)業(yè)真正開(kāi)始騰飛時(shí)，半導體行業(yè)就出現了一段兩位數增長(cháng)的時(shí)期。盡管業(yè)界盡了最大努力，但直到21世紀初期手機的出現改變了這一切，這種情況才得以重演。

許多人都在尋找下一個(gè)具有顛覆性的技術(shù)，以引發(fā)半導體行業(yè)再來(lái)一段兩位數的市場(chǎng)增長(cháng)時(shí)期。一段時(shí)間以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）一直被視為是這一觸發(fā)器，但或許由于其迥然不同的性質(zhì)，它尚未真正產(chǎn)生這樣的影響。但是，現在隨著(zhù)5G技術(shù)的出現，對人工智能的興趣和發(fā)展的增加，云計算的持續重要性，以及增強/虛擬現實(shí)的勢頭不斷增強，人們預計該行業(yè)將處于強勢地位。

盡管新冠疫情將不可避免的對各行各業(yè)造成嚴重影響，導致經(jīng)濟增長(cháng)放緩甚至出現負增長(cháng)，但長(cháng)期預測仍可能是健康的。實(shí)際上，很難低估這些顛覆性技術(shù)將帶來(lái)的影響，而且不僅是對半導體行業(yè)的影響。部分原因在于，隨著(zhù)這些技術(shù)的融合，它們將形成良性循環(huán)，每一項技術(shù)都為其他技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎。

圖1:傳感器的平均售價(jià)持續下降(資料來(lái)源：Goldman Sachs and ^[2])

平均售價(jià)的重要性

盡管銷(xiāo)量明顯增長(cháng)，但半導體行業(yè)的增長(cháng)數字仍保留在個(gè)位數，其部分原因在于制造商一直面臨降低平均銷(xiāo)售價(jià)格（ASP）的壓力。獨立的半導體制造商（IDM）幾乎在每一個(gè)設計插槽上展開(kāi)競爭，保護這個(gè)插槽的一種方法是在產(chǎn)品成熟時(shí)降低其價(jià)格。雖然這使得他們可以對新產(chǎn)品收取高價(jià)，但集成設備的使用壽命可能會(huì )非常長(cháng)，而開(kāi)發(fā)新設備的成本會(huì )不斷增加。

以傳感器的平均銷(xiāo)售價(jià)格（ASP）為例。由于其體積小，集成度高，MEMS技術(shù)的出現真正推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展。然而，運輸量的增加對價(jià)格產(chǎn)生了相應的影響（圖1）。

特別是5G的引入在某種程度上代表了一個(gè)分水嶺。雖然一些現有的基礎設施仍將繼續使用，但5G的推出也將需要全新的設備。這將促使OEM開(kāi)發(fā)新的解決方案，甚至基于可能還不存在的半導體設備。這為那些已經(jīng)準備好并能夠開(kāi)發(fā)和部署這些新的解決方案的IDM提供了一個(gè)機會(huì )，這種設計上的優(yōu)勢可能會(huì )持續幾代人。

然而，仍然有一些不確定性。作為一項技術(shù)，5G本質(zhì)上是兩個(gè)同名的系統。最初，我們預計5G服務(wù)將使用現有的基礎設施進(jìn)行部署，在6GHz帶寬下運行。這將兌現5G的部分承諾，但并非全部承諾。為了真正看到這些好處，我們需要等到在24GHz及更高頻率運行的基礎設施的第二階段，即所謂的毫米波區域。

圖 2：5G推出的兩個(gè)階段

雖然我們只能期待5G毫米波在2024年之后才會(huì )出現，但它將帶來(lái)顯著(zhù)的性能提升，例如數據傳輸速率提高100倍，延遲降低10倍，網(wǎng)絡(luò )容量擴展100倍。就基站而言，這將需要更密集的基礎設施; 基站將更小，但數量要多得多。最初的移動(dòng)電話(huà)和相關(guān)基礎設施的發(fā)展，為半導體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了一段兩位數的增長(cháng)時(shí)期，開(kāi)創(chuàng )了先例。因此，人們的期望很高也就不足為奇了。

圖 3：我們對5G的期望

最初的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的驚人成功是短信息（SMS），與之不同的是，我們可以預期，5G的主要功能將催生許多新的應用程序。例如，高數據傳輸率將支持8K內容的實(shí)時(shí)流傳輸，但它還將支持網(wǎng)絡(luò )流量的更多變化。這意味著(zhù)，從大型貨船到微型溫度傳感器，幾乎所有東西都可以使用5G。

圖 4：按照封裝類(lèi)型劃分的實(shí)際和預測發(fā)貨量(資料來(lái)源：2016 through; Prismark. 2030F; UTAC)

技術(shù)融合將推動(dòng)增長(cháng)

5G、AI、VR/AR和云計算的融合將會(huì )形成良性循環(huán)，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的增長(cháng)。一些分析師預測，到2030年，半導體產(chǎn)業(yè)的規模將達到1萬(wàn)億，其中OSAT（外包半導體測試和組裝）部分的市場(chǎng)價(jià)值可能達到1000億。圖4說(shuō)明了這將如何影響目前用于集成組件的主要封裝類(lèi)型的供需關(guān)系。最右邊兩欄中的復合年增長(cháng)率（CAGR）預測數字也考慮了5G將會(huì )產(chǎn)生的影響，如第1階段(最高6GHz)和第2階段(>24GHz)所示。

由于其適用于傳感器等物聯(lián)網(wǎng)（IoT）組件，預計引線(xiàn)框架方形扁平無(wú)引腳（QFN）封裝仍然是最具成本效益的選擇，2019年到2030年，模封互連載板（MIS）的使用將增加。對于集成度更高的設備，晶圓級芯片規模封裝（WLCSP）仍然受到青睞，因此，使用量也在增加。當然，更成熟的封裝類(lèi)型，如表面貼裝設備（SMD）將繼續受歡迎。而對方形扁平（QFP）封裝的需求繼續來(lái)自汽車(chē)行業(yè)。實(shí)現倒裝芯片技術(shù)的球柵陣列（BGA）和平面網(wǎng)格陣列（LGA）封裝類(lèi)型的應用也將受到總體市場(chǎng)增長(cháng)的推動(dòng)。我們還可以期待看到對系統封裝解決方案的需求增加。

由于它所帶來(lái)的機遇，采用毫米波技術(shù)將顛覆行業(yè)內已經(jīng)建立的供應鏈，包括OSAT。為5G發(fā)展新的測試和封裝技術(shù)需要一些創(chuàng )新方法，因為迄今為止，大部分IC封裝技術(shù)都是為最高6GHz的頻率設計的。圖5展示了蜂窩通信中射頻（RF）前端的發(fā)展，并總結了已使用的封裝以及5G第1階段和第2階段所需的封裝。

圖 5: 蜂窩通信中射頻（RF）前端封裝

采用毫米波將需要能夠適應新的無(wú)線(xiàn)電解決方案的封裝技術(shù)，例如相控陣天線(xiàn)。使用高頻率意味著(zhù)互連周?chē)姆庋b將出現更高的插入損耗，這就需要將天線(xiàn)集成到模塊中，以創(chuàng )建封裝天線(xiàn)（AiP）方法。

這可能意味著(zhù)，由于頻率超過(guò)20GHz時(shí)介電常數相對較高，行業(yè)標準的模壓塑料封裝不適用。最終，這可能會(huì )迫使制造商采用更昂貴的空腔封裝。為了應對這些挑戰，業(yè)界需要更多的射頻（RF）專(zhuān)家，愿意將他們的技能應用到后端測試和封裝領(lǐng)域。

隨著(zhù)我們進(jìn)入部署的第2階段，預計圍繞5G建立的技術(shù)融合將加速，但在此過(guò)程中仍然需要應對許多重大挑戰。然而，由于5G在未來(lái)將如此重要，我們知道本行業(yè)將會(huì )迎接并克服這些挑戰。OSAT部門(mén)將在這一成功中發(fā)揮重要作用。