推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長(zhǎng)

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(dāng)90年代末期PC產(chǎn)業(yè)真正開(kāi)始騰飛時(shí)，半導(dǎo)體行業(yè)就出現(xiàn)了一段兩位數(shù)增長(zhǎng)的時(shí)期。盡管業(yè)界盡了最大努力，但直到21世紀(jì)初期手機(jī)的出現(xiàn)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(dǎo)體行業(yè)再來(lái)一段兩位數(shù)的市場(chǎng)增長(zhǎng)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(xiàn)在隨著5G技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)人工智能的興趣和發(fā)展的增加，云計(jì)算的持續(xù)重要性，以及增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)的勢(shì)頭不斷增強(qiáng)，人們預(yù)計(jì)該行業(yè)將處于強(qiáng)勢(shì)地位。

盡管新冠疫情將不可避免的對(duì)各行各業(yè)造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，但長(zhǎng)期預(yù)測(cè)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(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的影響。部分原因在于，隨著這些技術(shù)的融合，它們將形成良性循環(huán)，每一項(xiàng)技術(shù)都為其他技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

圖1:傳感器的平均售價(jià)持續(xù)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(zhǎng)，但半導(dǎo)體行業(yè)的增長(zhǎng)數(shù)字仍保留在個(gè)位數(shù)，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(dú)立的半導(dǎo)體制造商（IDM）幾乎在每一個(gè)設(shè)計(jì)插槽上展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，保護(hù)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(duì)新產(chǎn)品收取高價(jià)，但集成設(shè)備的使用壽命可能會(huì)非常長(zhǎng)，而開(kāi)發(fā)新設(shè)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(xiàn)真正推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展。然而，運(yùn)輸量的增加對(duì)價(jià)格產(chǎn)生了相應(yīng)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(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施仍將繼續(xù)使用，但5G的推出也將需要全新的設(shè)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(dǎo)體設(shè)備。這為那些已經(jīng)準(zhǔn)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(jī)會(huì)，這種設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)持續(xù)幾代人。

然而，仍然有一些不確定性。作為一項(xiàng)技術(shù)，5G本質(zhì)上是兩個(gè)同名的系統(tǒng)。最初，我們預(yù)計(jì)5G服務(wù)將使用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行部署，在6GHz帶寬下運(yùn)行。這將兌現(xiàn)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(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施的第二階段，即所謂的毫米波區(qū)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(xiàn)，但它將帶來(lái)顯著的性能提升，例如數(shù)據(jù)傳輸速率提高100倍，延遲降低10倍，網(wǎng)絡(luò)容量擴(kuò)展100倍。就基站而言，這將需要更密集的基礎(chǔ)設(shè)施; 基站將更小，但數(shù)量要多得多。最初的移動(dòng)電話和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了一段兩位數(shù)的增長(zhǎng)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(duì)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(yù)期，5G的主要功能將催生許多新的應(yīng)用程序。例如，高數(shù)據(jù)傳輸率將支持8K內(nèi)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，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(yù)測(cè)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(zhǎng)

5G、AI、VR/AR和云計(jì)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(zhǎng)。一些分析師預(yù)測(cè)，到2030年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將達(dá)到1萬(wàn)億，其中OSAT（外包半導(dǎo)體測(cè)試和組裝）部分的市場(chǎng)價(jià)值可能達(dá)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(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）預(yù)測(cè)數(shù)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(yù)計(jì)引線框架方形扁平無(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(duì)于集成度更高的設(shè)備，晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝（WLCSP）仍然受到青睞，因此，使用量也在增加。當(dāng)然，更成熟的封裝類(lèi)型，如表面貼裝設(shè)備（SMD）將繼續(xù)受歡迎。而對(duì)方形扁平（QFP）封裝的需求繼續(xù)來(lái)自汽車(chē)行業(yè)。實(shí)現(xiàn)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(yīng)用也將受到總體市場(chǎng)增長(zhǎng)的推動(dòng)。我們還可以期待看到對(duì)系統(tǒng)封裝解決方案的需求增加。

由于它所帶來(lái)的機(jī)遇，采用毫米波技術(shù)將顛覆行業(yè)內(nèi)已經(jīng)建立的供應(yīng)鏈，包括OSAT。為5G發(fā)展新的測(cè)試和封裝技術(shù)需要一些創(chuàng)新方法，因?yàn)槠駷橹?，大部分IC封裝技術(shù)都是為最高6GHz的頻率設(shè)計(jì)的。圖5展示了蜂窩通信中射頻（RF）前端的發(fā)展，并總結(jié)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(yīng)新的無(wú)線電解決方案的封裝技術(shù)，例如相控陣天線。使用高頻率意味著互連周?chē)姆庋b將出現(xiàn)更高的插入損耗，這就需要將天線集成到模塊中，以創(chuàng)建封裝天線（AiP）方法。

這可能意味著，由于頻率超過(guò)20GHz時(shí)介電常數(shù)相對(duì)較高，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，業(yè)界需要更多的射頻（RF）專(zhuān)家，愿意將他們的技能應(yīng)用到后端測(cè)試和封裝領(lǐng)域。

隨著我們進(jìn)入部署的第2階段，預(yù)計(jì)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(yīng)對(duì)許多重大挑戰(zhàn)。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(zhàn)。OSAT部門(mén)將在這一成功中發(fā)揮重要作用。