芯片和封装短缺的现象预计将持续到2022年，但也有迹象表明，供需最终可能会达到平衡。
最近几年，半导体行业经历了一段混乱时期。2020年初，半导体行业看起来前途大好，但在Covid-19爆发后，市场下跌。到2020年中期，集成电路市场反弹，因为居家经济推动了对电脑、电视和其他消费电子产品的需求；消费芯片和IC封装的短缺问题浮出水面。2021年上半年，汽车、智能手机和其他产品的需求激增，导致这些行业的芯片短缺。
全球的芯片制造能力也很紧张，特别是在200毫米成熟工艺，预计这种情况不会很快改变。现在，许多代工客户正准备迎接新一轮的全面涨价。与此同时，在封装方面，一些封装类型将持续产能紧张、供不应求，对应设备的交货期会很长。
半导体的短缺情况也不完全是悲观的。IBS CEO Handel Jones在一份新报告中表示：“除某些特定产品外，预计大部分供需将在2022上半年或2022下半年得到解决。半导体需求强劲的原因有很多。但一方面由于市场趋近饱和，过去导致需求增长的一些因素正在减弱；另一方面由于刺激措施的减少和高通胀的影响，消费者的购买力将会有所减弱。”对供应商来说，也有一些不祥的迹象。据IBS称，产能过剩可能会在2022下半年或2023年的某个时候发生，这取决于具体产品线。
要解释每种半导体产品或封装的动态变化是不太实际的，每个都有自己的供需场景。但是可以用几种关键产品提供一些见解，其中包括应用处理器、微控制器(MCU)、电源管理芯片 (PMICs)、WiFi芯片以及各种封装技术。
工厂
多年来，IC行业经历了起起落落，目前处于的回升是近年来最大的一次。根据IBS的数据，2021年半导体市场总额预计将达到5425.5亿美元，比2020年增长21.62%。IBS预计，2022年该市场将增长7.13%。
据TEL公司称，2021年晶圆厂设备（WFE）市场预计将增长40%。TELCEO Toshiki Kawai在一次演讲中表示：“由于对前沿逻辑和内存的需求急剧上升，WFE市场预计将大幅增长。”
半导体产业设计和制造多种不同芯片，如模拟、GPU、MCU、内存、微处理器和电源芯片等。GPU、处理器和其他先进的逻辑芯片是在300mm晶圆厂生产的，使用的工艺从16nm/14nm到5nm节点。从16nm/14nm到5nm，芯片制造商都依赖finFET技术。
300mm晶圆厂同时也用于65 -28nm的成熟工艺节点。除此之外，200毫米晶圆厂生产的芯片工艺范围从350nm到90nm不等；还有些芯片在生产更小晶圆尺寸的晶圆厂生产，如150mm, 100mm等。
目前，200mm和300mm晶圆厂的成熟工艺节点产能都很紧张。“在过去几年里，无论是传统CMOS、双极CMOSDMOS还是基于RF-SOI的工艺平台，对在200毫米和≥28nm成熟CMOS技术节点上制造的各种芯片的需求激增。这些设备包括MCU、PMICs、数字显示驱动芯片(DDICs)、射频芯片和用于制造背面照明CMOS图像传感器的图像信号处理(ISP)晶圆。”Lam Research战略营销董事总经理David Haynes表示。
Haynes说：“汽车芯片的供应问题早已出现，但与此同时，消费产品、新的5G设备和显示应用的需求也在增加。由于生产这些芯片的IDM和代工厂通常不是只生产一种产品，而是多种产品，这使情况变得更加复杂。从历史上看，他们能够重新平衡工厂产能，以应对某种产品类型的需求增加，但当多种产品需求同时激增时，以这种方式调整产能几乎是不可能的。尽管全球某些设备类型(如显示驱动)的产能有所增长，但最近报告表明，整个行业尚未实现供需平衡。”
总而言之，代工厂产能紧张。UMC总裁JasonWang表示：“展望第四季度，我们预计晶圆出货量和ASP趋势将保持稳定。8英寸和12英寸工厂的产能利用率将继续保持满负荷。”
“虽然我们不排除库存调整的可能性，但预计台积电的产能在2021年和2022年全年都将非常紧张。”台积电CEO在最近的一次电话会议上表示。
综上，Gartner分析师SamuelWang表示：“大部分代工厂在2022年上半年的产能已被预定；有些公司与无晶圆厂客户签订了3-4年的长期协议。Gartner预测，芯片库存将在2022年第二季度达到正常水平，各地小型供应商的各种零部件短缺可能会持续更长时间。”
应用处理器
据IBS数据，无线是半导体业务的大头，占整个业务的40%。在无线领域，5G智能手机和相关基础设施是许多芯片的主要驱动因素。IBS表示，总体而言，2021年5G智能手机出货量预计将达到5.78亿部，高于2020年的2.25亿部。尽管5G在很多地区都在增长，但中国的智能手机市场正在放缓。
5G智能手机由应用处理器、CMOS图像传感器、内存、PMIC、RF等多种芯片组成。应用处理器是集CPU、图形、人工智能等功能于一体的尖端设备。
苹果的最新iPhone 13集成了A15应用处理器，该处理器基于台积电5nm工艺，包含150亿晶体管。许多其他手机采用了高通的Snapdragon 888，也是一种5纳米系统芯片。
这些芯片是由代工厂生产的。台积电和三星是现在唯一能够生产7nm和5nm芯片的代工厂，两家公司都在研发3nm芯片。最近重新进入代工领域的英特尔公司正在开发10nm和7nm芯片，其中4nm芯片还处于在研发状态。
基于5G的前沿应用处理器和芯片组的需求最近一段时间都很强劲，但这些芯片的代工能力似乎略有不足。Jones表示：“晶圆产能短缺可能会持续到2021年第四季度或2022年第一季度，苹果A15和高通骁龙888等最新设计都基于5nm，计划在2022年向3nm过渡。如果3nm智能手机芯片组在2022年下半年出现增长，那么在2022年第三季度或2022年第四季度，5nm和7nm芯片组可能会出现产能过剩。”
情况随时可能会变化。定于2022年发布的iPhone 14处理器原计划使用台积电的3nm工艺；但现在iPhone 14预计将继续使用4nm。而定于2023年发布的iPhone 15将搭载3nm处理器。换句话说，台积电依赖3nm的收入增长将推迟到2023年。
Joes表示：“有迹象表明，台积电和三星都推迟了3nm晶圆量产的计划。”
这并不是苹果和其他智能手机供应商面临的唯一问题。在最近一个季度，由于芯片和制造能力短缺，苹果的销售额下降了60亿美元。其中主要问题不在于获取前沿节点产能，而在于成熟工艺的产能不足。
据KeyBanc称，苹果的销售受到了几个领域短缺的影响，包括OLED触摸屏控制器。用于显示器的触摸屏控制器是采用成熟工艺制造的。
其他成熟节点的芯片供应也很紧张，包括Wi-Fi 6芯片。Wi-Fi和一些射频芯片在28nm、22nm和16nm生产。据IBS称，Wi-Fi和其他RF芯片的短缺可能会持续到2022年第二季度或第三季度。
手机和其他产品的供应也一直紧张。PMICs用于控制电流的流向和方向，生产工艺范围从180nm到40nm。IBS称，预计PMICs的短缺将持续到2022年第二季度或2022年第三季度。
MCU
在芯片短缺问题上，汽车行业受到的冲击最为严重。“2021年，汽车行业由于MCU和其他类型芯片短缺有50亿到100亿美元的损失。针对这种情况，汽车公司通过专注于高端汽车来抵消部分损失，因为高端汽车定价更高、利润更高。”Jones说。
一辆汽车会采用一些前沿芯片，但绝大多数芯片都是基于成熟节点。根据美国国际贸易委员会数据，一辆普通汽车包含价值约330美元的芯片，而混合电动汽车最多可以包含3,500个芯片，价值约1000美元。
由于没有足够的芯片来满足需求，许多汽车原设备制造商降低了销售目标。一些公司甚至暂停了部分生产线。
前段时间瑞萨的一个工厂起火，导致工厂关闭和供应中断，这使得问题变得更加严重。这家工厂最近重新投产，生产MCU和其他芯片。
现在汽车芯片短缺问题仍没有得到解决。有迹象表明，产能正在努力赶上，但这种情况可能会持续到2022年。
NXP是全球最大的汽车芯片供应商之一。NXPCEO在电话会议中表示：“我们75%的汽车产品交货周期超过52周。”综上，笔者认为到2022年，汽车供需将继续失衡。
在汽车领域，MCU的短缺问题尤为严重。MCU的生产节点多样，覆盖180nm到28nm。一些MCU制造商拥有晶圆厂；而大部分公司将生产外包给代工厂。
根据IBS的数据，目前汽车MCU的晶圆产能约为44万片/月，但该行业还需要额外10万片/月来解决汽车MCU的短缺问题。
为了解决这个问题，代工厂和拥有晶圆厂的MCU制造商正在增加产能。总有一天，产能会赶上需求。Joes表示：“MCU的供应短缺应该会在2022下半年结束。在2022下半年或2023年，汽车行业也有可能出现产能过剩。”
封装
IC封装市场的动态可以反映半导体业务的供求情况。对芯片的持续需求激增导致了某些制造能力、封装类型、关键组件和设备的短缺。
以制造业产能为例。ASE的工厂利用率在2020年第四季度高于80%。到2021年第二季度，其封装/组装负荷高达85%，测试负荷接近80%。
2021年第三季度也很紧张。“我们仍在以超过85%的满负荷运行，这将持续到第四季度。测试率在80%以上，也将持续到第四季度。”ASE首席财务官Joseph Tung在最近的电话会议上表示。
为此封装公司正在扩大产能以满足需求。为了满足需求，JCET已经宣布正式启动其在宿迁的第二阶段IC封装和测试设施。“今年下半年，江苏电大的全球制造中心继续优化其大规模生产技术和运营效率。”CEO李政表示。
但封装由许多组件组成，而这些组件本身就供不应求。例如，许多封装包含基材或基板。
“衬底交付时间从2-4周增加到16-20周。”QP技术母公司Promex的销售和营销副总裁Rosie Medina说。
现在市场上大约有1000种封装类型。每一种都针对不同的应用场景，具有各自不同的供求情况。
互连类型是划分封装市场的一种方法，包括线键合、倒装芯片、晶圆级封装(WLP)和过硅过孔(TSVs)。互连是用来在封装中连接die的，TSV的I/O数最多，其次是WLP、倒装芯片和线键合。
根据TechSearch的数据，目前75%到80%的封装都是基于线键合技术。线键合主要用于低成本封装、中档封装和内存模堆叠。多年来，封装公司增加了线键合产能，但最近在该领域的投资不足。2020年底，对线键封装的需求飙升，导致产能不足。这一短缺将持续到2021年年底。
线键合器用于制作几种封装类型，如QFN。QFN属于引线组封装，引线框架是一种金属框架。在生产过程中，模具附着在机架上，导线用细线连接到模具上。
Promex公司Medina表示：“我们也看到了短缺和交货期延长，特别是在材料方面，这影响了几种技术。例如，晶圆后台研磨机上研磨刀片的交付时间变长，铅架的交付时间增加了两倍。我们增加了新的焊丝，这增强了执行重型焊丝和带状焊接的能力；我们还推出了自定义基板开发业务。公司一直在稳步增加人手，并延长班次，以满足客户的需求。”
其他封装公司也在积极应对。“线键合短缺主要是由供应链对芯片和材料的限制造成的。到目前为止，Amkor正在以最小的影响管理这一问题。”Amkor的Wirebond/Power & Automotive业务高级副总裁SivaMohandass说。
然而，获得线键合设备仍具有挑战性。分析师称，今年早些时候，线键合的交货期为10到12个月；目前交货时间大约是3到6个月。
结论
芯片和封装行业的生产、材料以及设备都经历了一段时间的短缺，芯片供应可能会在2022年年中恢复到相对正常的水平，其中汽车芯片等部分产品可能会持续短缺到2022年底。然而，这取决于几个经济因素，所有这些都可能瞬息改变。
*本文转载自搜狐新闻
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