汽车芯片短缺:从封装视角来看

2021 年 6 月 10 日的半导体故事,作者:Prasad Dhond
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从 2020 年 3 月开始,新冠肺炎疫情使卫生纸、烘焙面粉和健身器材等变得奇货可居。最近深受其害的是汽车行业,因为全世界的汽车生产因为芯片短缺而停滞不前。虽然此前的大量新闻都关于在芯片短缺时半导体供应商、代工厂、晶圆厂设备、火灾以及暴风雪所扮演的角色,我们还应该仔细检视 IC 封装供应链中的一些组件。

封装设备

在 2020 年第 1 季度,汽车市场预测十分骇人,汽车制造商立即压缩芯片订单。我在去年专门为此撰文一篇。幸运的是,“在家办公”使得服务器、云和计算机 IC 突然变得欣欣向荣,半导体产能被再分配到这些成长的应用。

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随着汽车行业在 2020 年年底开始复苏,汽车供应商争先恐后地恢复产能,但是谈何容易。大多数汽车 IC 采用线焊封装,如 SOICTSSOPQFNQFPBGA功率离散

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根据一份来自 Yole 的报告,线焊封装占汽车封装市场 90% 以上。

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全部 IC 采用晶圆切割或激光开槽设备来将晶圆切割成单块晶片。线焊 IC 需要焊晶机将切割晶片粘合到引线框架层压基板。然后,它们会使用焊线机以金线或铜线将晶片连接到封装引线。

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焊线机的交付时间被严重拉长,就像焊线机供应商 Kulicke and Soffa (K&S) 的 CFO 在他们的第 1 季度财报电话会议上所说:“交付时间现在被严重拉长。我敢说它几乎最长可以达到大约 40 周”,K&S 的高级副总裁兼首席财务官 Lester Wong 说道。

讽刺的是,K&S 的焊线机也因为微控制器的短缺被延迟交付,其中很多一开始就是使用 K&S 的焊线机进行装配的。Kulicke and Soffa Industries Inc. 封装设备(需要微处理器)的平均交付时间加倍延迟到六个月。

其他封装设备,如晶圆切割或激光开槽设备,以及焊晶机和模塑设备等,已经随着需求的成长延长交付周期。设备供应商尝试着跟上步伐,但此设备短缺正在延迟 IC 封装产能的提高。

材料短缺

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在有些例子中,即使产能充足,但关键组件(如 IC 基板和引线框架)可能出现材料短缺。由于数据中心和云计算所使用的芯片需求较高,基板短缺问题已经存在多时。但因为基板供应商将更多产能投入到这些应用,汽车客户的供应受到限制(如果他们使用倒装芯片和线焊 IC 的话)。

为这些材料新增产能充满了挑战。基板和引线框架供应商的利润空间小,使其对于上线大量产能保持着谨慎。最终的结果时,基板和引线框架交付时间被拉长,价格也在飙升。

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总结

当疫情在 2020 年爆发时,半导体产能从汽车行业被重新分配到计算和服务器应用。汽车行业的需求在 2020 年第 3 季度开始恢复,但此产能很难可以回归原来的辉煌景象。从封装的角度来看,汽车 IC 大量使用线焊封装。封装设备(如焊线机)的供应持续不足。材料短缺也导致供应链的延迟。与他们所服务的半导体公司相比,基板和引线框架的材料供应商没有广阔的利润空间,因此必须对投资保持谨慎态度。这些因素导致了持续的汽车芯片短缺。

关于作者

Prasad Dhond 在 2014 年加入 Amkor,现为 Amkor 负责焊线 BGA 产品的副总裁。他之前领导过汽车市场部门,并且曾负责管理四排和双排引线框架产品线。在就职于 Amkor 之前,Prasad 曾在 Texas Instruments 工作过 12 年时间,并担任过模拟产品团队的多个职务,负责产品定义和营销等。他持有德克萨斯大学奥斯汀分校的 BSEE 学位,以及南卫理工会大学的 MBA 学位。