封測需求旺 先進封裝大廠 炫技搶市
圖／美聯社、路透
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AiP封裝結構示意圖
根據TrendForce統計，2021年第一季全球前十大封測廠商營收達71.74億美元，年增21.5％。主要成長動能來自於5G、AI與IoT應用技術提升，逐步帶動如手機、消費性電子、車用與伺服器等終端產品需求所致。此外，受到全球終端大廠積極備貨使半導體產能供應量能不足影響，封測廠商直接以漲價方式因應，以同時滿足市場需求並確保獲利而各大封測廠爲呼應逐步增加的市場需求，也陸續提高資本支出，陸續着手相關擴廠計劃。此外，現行提供5G毫米波手機的AiP模組廠商，主要仍以高通（Qualcomm）獨佔市場，且其陸續推出如QTM545等第四代產品，將陸續供應相關終端廠商使用，而目前相關AiP封測代工主要委託日月光進行後段加工，進一步帶動其第一季營收表現。
前 言
以封測技術爲例，由於相關產品功能變化不斷升級，驅使如消費性電子、智慧型手機、車用與伺服器等應用的封裝技術持續精進。舉例來說，在車用領域中，原先產品功能性不高且成本較低的MCU（Micro Controller Unit）晶片，多數透過傳統封裝方式如BGA（Ball Grid Array）等即可處理。
而隨着車載與影音娛樂系統等不斷升級，使MCU原先功能大幅提升，從而衍生出高階晶圓級封裝（Wafer Level Package）如扇入型（Fan-in）、扇出型（Fan-out）與一次性大面積的面板級封裝（FOPLP）等技術演進和市場需求。
觀察目前封裝產業發展趨勢，據TrendForce研究顯示，2020年先進封裝產值大約310.37億美元，並佔整體封測營收45.8％，年成長率爲13％。然而，考量產品售價和成本，目前除了部分高階應用將採用先進封裝之外，其餘商品則仍採用傳統或一般封裝技術。
先進、傳統封裝看俏 大廠拚擴產
由於現階段5G通訊、筆記型電腦與網通晶片等傳統打線封裝需求強勁，再者如手機和平板等中小型面板、電視與車用等大尺寸面板的驅動IC測試需要，促使各大廠無不提高資本支出並擴增相關廠房，以因應不斷增加的市場需求。
如日月光投控中的矽品，2021年3月於臺灣彰化爲因應逐年增長的封測需求，計劃新旗艦廠在中科二林園區分爲二期進行擴廠；以及排名第二的艾克爾（Amkor），2021年3月於臺灣桃園爲呼應晶圓級與覆晶（Flip Chip）封裝所需，計劃於龍潭T6廠進行相關擴產作業。
中國封測龍頭江蘇長電在2021年3月於中國紹興，接續進行一期工程擴產計劃，預期將於2021年底正式投產；天水華天也在2021年1月於中國崑山，已實現高可靠性車用晶圓級先進封裝相關產線，期望藉由規模化和自動化以提升車用晶圓級封裝實力，並且也於同期擬募資約7.85億美元，將用於擴大多晶片、高密度系統級晶片、高階TSV與覆晶等封測技術提升。
此外，力成2021年1月於臺灣苗栗，目標提高邏輯晶片封裝產能需求，計劃於頭份興建頭份二廠和WT（Wafer Testing）二廠；京元電也在2020年12月於臺灣苗栗，爲因應手機IC設計大廠聯發科等測試需求增加，規劃於銅鑼擴增三期廠房。
2 5G毫米波需求熱 AiP封裝技術有潛力
隨着5G通訊毫米波需求提升，AiP（Antenna in Package）封裝技術也逐漸應運而生，然考量使用場域體積和功耗不同，目前逐步區分爲天線數目較少並用於智慧型手機的AiP封裝；以及天線數較多且操作於車用和基地臺等AiM系統應用。
TrendForce補充，由於5G通訊毫米波（mmWave）頻段需求，射頻模組中的天線因尺寸微縮原因，其大小將能與射頻晶片（RFIC）同時運用封裝方法整合於一體，以形成AiP封裝結構；雖其結構有效縮減產品體積，但因考量使用場景大致爲智慧型手機，且還需搭配5G射頻前端數據機晶片（Modem）才能完整執行訊號傳輸，因此整體AiP產品於相關領域應用其複雜度將困難許多。
考量到AiP主要封裝技術應用區域多數爲5G毫米波智慧型手機，加上其可操作的體積和功耗相對受限，因此目前於手機應用上的天線數量最多達八根；此外，AiP封裝技術也可延伸應用於室內路由器（Router）、基地臺與車用傳輸等相對體積，以及功耗等較不受限的場域，因而也逐漸發展出AiM（Antenna in Module）等型式，且相關天線數量將可提高至64根以上。
值得一提的是，載板材料的選用在AiP封裝結構爲相當重要的一環。由於AiP結構主要以RFIC與天線等透過封裝方法整合一體爲主，當中必須利用載板進行承接，然載板還需承受訊號傳輸下的能量蓄積與損耗情形，主要判別的兩大重點依據是相關Dk（介電常數）與Df值（損耗因子）將成爲判別依據所在。
以Df值爲例，其數值越小，表示訊號傳輸下的損耗情形相對越小，更適合通訊傳遞應用；至於Dk值，其數值越小，代表傳輸過程中能量相對較容易離開載板，因此不易造成能量蓄積而導致載板過熱情形發生。整體而言，目前AiP封裝產品所需的載板，多數選用於LCP（Liquid Crystal Polymer）等低Df與Dk值材料爲主。
欲進一步開發AiP封裝技術，除了必須擁有強大的Modem與射頻模組開發實力外，適當的晶片、散熱與載板等模擬情形也十分關鍵。以電子設計自動化（EDA；Electronic Design Automation）廠商Cadence爲例，由於該業者長期針對相關模擬研究，且近期也透過整並方式取得如AWR和Integrand等廠商，因此目前已擁有八成以上AiP模擬解決方案，故對廠商在AiP封裝技術開發上也能提供相應解方，成爲該領域的另一種商機。
3 多數AiP封裝訂單 日月光獨攬
由於目前主要AiP產品領導者唯Qualcomm獨大，這點將歸因於其強大的5G Modem發展，以及完善的射頻模組和元件開發經驗，驅使傳統CMOS晶片於設計與製造皆能妥善發揮。依現行發展趨勢，Qualcomm除了本身設計與射頻模組製造實力外，後段封裝需求將轉交由日月光投控等封測代工廠進行後續生產。
Qualcomm躍AiP封裝領航員
此外，TrendForce補充，一向於化合物半導體擁有優勢的射頻模組大廠如思佳訊（Skyworks）和科沃（Qorvo）等，由於在智慧型手機AiP技術開發上缺乏立足點，目前逐步退出手機AiP市場，並轉戰其他基地臺和車用等大型AiM模組市場進而發展。
而Modem大廠英特爾（Intel）也於2020年第四季將其業務和基頻晶片（Baseband）出售給手機終端大廠蘋果（Apple）而退出市場；華爲（Huawei）則因2020年9月美國商務部禁令影響，現階段5G毫米波手機發展計劃也宣告展延。
整體而言，目前唯獨聯發科（MediaTek）和三星（Samsung）相對擁有開發AiP封裝的技術實力，然而由於此兩大業者將主要研發能量集中於手機AP（Application Processor）晶片開發，故後續發展仍有待時間持續發酵。
現下可實現Qualcomm於AiP產品的封測代工製造廠，主要以排名前四大的封測代工廠商如日月光、Amkor、江蘇長電與矽品等廠商爲主；此外，以晶圓代工聞名的龍頭臺積電（TSMC），其封裝實力也不容小覷。然最終經由成本與製造難易度相互考量後，現階段Qualcomm、聯發科與Samsung等設計大廠主要仍以封測代工廠進行後段加工生產。
進一步比較封測代工廠與臺積電的AiP封裝技術，可發現封測代工廠於結構上採用將RFIC放置於底層，該結構使得封測製造相對容易，但由於主要使用場景仍以5G毫米波手機爲主，其散熱機制恐因產品體積大小限制而稍爲不佳。
臺積電方面，其主力技術以InFO-AiP爲基礎，相關結構選擇以RFIC放置於內層方式進行，整體成效雖有較低天線訊號損耗等優勢，但其製造成本較高、工序相對複雜，加上需精細RDL層（重分佈層）仍爲阻礙，故多數設計廠商較無意願採用此方案，目前該技術偏屬於封裝技術展示之用。