推動半導體產業(yè)實現(xiàn)兩位數(shù)增長

如今“顛覆性”一詞可能被過度使用，但它通常只適用于一種技術。例如，當90年代末期PC產業(yè)真正開始騰飛時，半導體行業(yè)就出現(xiàn)了一段兩位數(shù)增長的時期。盡管業(yè)界盡了最大努力，但直到21世紀初期手機的出現(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具有顛覆性的技術，以引發(fā)半導體行業(yè)再來一段兩位數(shù)的市場增長時期。一段時間以來，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，它尚未真正產生這樣的影響。但是，現(xiàn)在隨著5G技術的出現(xiàn)，對人工智能的興趣和發(fā)展的增加，云計算的持續(xù)重要性，以及增強/虛擬現(xiàn)實的勢頭不斷增強，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，導致經濟增長放緩甚至出現(xiàn)負增長，但長期預測仍可能是健康的。實際上，很難低估這些顛覆性技術將帶來的影響，而且不僅是對半導體行業(yè)的影響。部分原因在于，隨著這些技術的融合，它們將形成良性循環(huán)，每一項技術都為其他技術的進一步發(fā)展奠定了基礎。

圖1:傳感器的平均售價持續(xù)下降(資料來源：Goldman Sachs and ^[2])

平均售價的重要性

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

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

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

然而，仍然有一些不確定性。作為一項技術，5G本質上是兩個同名的系統(tǒng)。最初，我們預計5G服務將使用現(xiàn)有的基礎設施進行部署，在6GHz帶寬下運行。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及更高頻率運行的基礎設施的第二階段，即所謂的毫米波區(qū)域。

圖 2：5G推出的兩個階段

雖然我們只能期待5G毫米波在2024年之后才會出現(xiàn)，但它將帶來顯著的性能提升，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(shù)量要多得多。最初的移動電話和相關基礎設施的發(fā)展，為半導體產業(yè)帶來了一段兩位數(shù)的增長時期，開創(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

最初的移動網(wǎng)絡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(shù)據(jù)傳輸率將支持8K內容的實時流傳輸，但它還將支持網(wǎng)絡流量的更多變化。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：按照封裝類型劃分的實際和預測發(fā)貨量(資料來源：2016 through; Prismark. 2030F; UTAC)

技術融合將推動增長

5G、AI、VR/AR和云計算的融合將會形成良性循環(huán)，帶動整個行業(yè)的增長。一些分析師預測，到2030年，半導體產業(yè)的規(guī)模將達到1萬億，其中OSAT（外包半導體測試和組裝）部分的市場價值可能達到1000億。圖4說明了這將如何影響目前用于集成組件的主要封裝類型的供需關系。最右邊兩欄中的復合年增長率（CAGR）預測數(shù)字也考慮了5G將會產生的影響，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，預計引線框架方形扁平無引腳（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(guī)模封裝（WLCSP）仍然受到青睞，因此，使用量也在增加。當然，更成熟的封裝類型，如表面貼裝設備（SMD）將繼續(xù)受歡迎。而對方形扁平（QFP）封裝的需求繼續(xù)來自汽車行業(yè)。實現(xiàn)倒裝芯片技術的球柵陣列（BGA）和平面網(wǎng)格陣列（LGA）封裝類型的應用也將受到總體市場增長的推動。我們還可以期待看到對系統(tǒng)封裝解決方案的需求增加。

由于它所帶來的機遇，采用毫米波技術將顛覆行業(yè)內已經建立的供應鏈，包括OSAT。為5G發(fā)展新的測試和封裝技術需要一些創(chuàng)新方法，因為迄今為止，大部分IC封裝技術都是為最高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線電解決方案的封裝技術，例如相控陣天線。使用高頻率意味著互連周圍的封裝將出現(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20GHz時介電常數(shù)相對較高，行業(yè)標準的模壓塑料封裝不適用。最終，這可能會迫使制造商采用更昂貴的空腔封裝。為了應對這些挑戰(zhàn)，業(yè)界需要更多的射頻（RF）專家，愿意將他們的技能應用到后端測試和封裝領域。

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