是時候重視汽車晶元封裝了！| 半導體行業觀察

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來源：本文由公眾號 半導體行業觀察（ID：icbank）翻譯自semiengineering，謝謝。

隨著汽車晶元的複雜性不斷增加，封裝的複雜性也隨之增加。事實上，封裝對於晶元的性能和可靠性正變得越來越重要，這二者都需要滿足嚴格的安全標準，才能在汽車中使用。

在一切對安全至關重要的應用場合都是如此，但對於汽車行業而言，有幾個重要原因可以解釋為什麼封裝會如此引人注目：

? 性能和低功耗。 選擇先進封裝可以避免數據流的瓶頸，加快關鍵系統的響應時間，特別是可以避免自動和駕駛輔助車輛的事故。

? 再利用和上市時間。 標準化封裝（如chiplets）可顯著縮短將汽車晶元和功能推向市場所需的時間。汽車OEM廠商一直在努力將晶元設計的上市時間從七年縮短到一至兩年。

? 保護。 惡劣的環境條件和幾乎無休無止的振動、電磁干擾和極端溫度的侵襲使得封裝對於保護晶元至關重要。

這對於外包半導體組裝和測試（OSAT）封裝公司而言是個好消息，這些封裝公司正在為這個市場生產大量的封裝選擇。包括多種扇出型晶圓級封裝、嵌入式晶圓級球柵陣列、封裝體疊層和系統級封裝。

IC Insights估計，從這個角度看，汽車去年佔據了半導體主要終端市場的9％。這是一個非常重要的市場，而且正在迅速發展。大部分生產的晶元最終仍用於通信或計算機領域，但幾年前的汽車晶元市場只佔整個晶元市場的一小部分。它正在迅速增長，銷往這個市場的晶元的價格也在迅速增長。

在過去，汽車晶元市場都是關於驅動器和低端微控制器。目前，針對汽車的先進設計已經達到了10/7nm，並計劃推向更低節點製造工藝。

STATS ChipPAC母公司JCET技術戰略集團副主管Edward Fontanilla表示：「到目前為止，這是一個巨大的市場。2017年汽車OEM的市場總額為1360億美元，複合年增長率為13.4％，2022年達到1700億美元。」

據Fontanilla稱，僅進入高級駕駛輔助系統（ADAS）和其他車輛應用的晶元就代表了價值280億美元的市場。總之，20%的汽車晶元將使用於信息娛樂系統，而動力系統組件將佔13%。

Gartner預計，今年全球半導體市場將增長至4,510億美元，較去年的4,190億美元增長7.5%。市場研究公司預測，今年汽車將有助於推動對特定應用標準產品的需求，以及遊戲PC的顯卡、高性能計算、有線通信。

Fontanilla指出，汽車晶元的頂級供應商是恩智浦半導體，英飛凌科技和瑞薩電子。根據Semicast Research的數據，緊隨其後的是意法半導體和德州儀器。排在6-10位的是羅伯特博世，安森美半導體，微芯科技，東芝和羅姆半導體。

在為汽車晶元提供封裝的OSAT中，Amkor Technology是市場領導者，佔有56％的份額。 Fontanilla表示，先進半導體工程公司（ASE）的份額約為25％，而STATS ChipPAC則不到5％。

Fontanilla補充道：「儘管目前汽車行業我們還遠不如Amkor和ASE那樣的公司，但我們期待未來能夠利用我們所擁有的大客戶。我們主要關注信息娛樂、高級駕駛輔助系統（ADAS）、車身系統、電動汽車，以及售後市場。」JCET還專註於激光雷達感測器和雷達。Fontanilla表示：「這是我們在2018年重點關注的關鍵環節。ADAS和自動駕駛將需要5年時間才能完全實現。」

對汽車半導體封裝的特殊要求取決於涉及的客戶。Fontanilla表示：「我們對可靠性更感興趣，因為我們都知道零缺陷是我們的用戶關注的安全問題。汽車晶元封裝的另一個特殊要求當然是封裝的工藝流程。它們與標準晶元不同。汽車在過程式控制制和質量控制方面更加嚴格。」

零缺陷管理是汽車OEM的新工具，對於封裝內的晶元和封裝本身都是如此。為確保沒有缺陷，汽車晶元封裝具有特殊的檢測方法。因此，與汽車晶元的製造一樣，封裝設備是指定的專用設備，通常與其他封裝線分開。每六個月，參與汽車晶元封裝的作業者和工程師都要經過培訓。

除了ISO 26262功能安全標準外，汽車OEM還必須滿足汽車行業供應鏈質量管理體系的ISO 16949標準。STATS ChipPAC預計今年將獲得ISO 26262認證，首先是在新加坡，然後是在韓國和中國。

在汽車晶元封裝和其他晶元存在一些相似之處。 Fontanilla說，在層壓基板和引線封裝方面，二者工藝流程類似。 但是，汽車晶元的物料清單是不同的，客戶願意為此付費。他指出，某主要客戶每月在汽車晶元封裝上花費700萬美元。

Fontanilla補充道：「下一代汽車電子將會有很多感測器——不只是100個而已，而是越來越多。防碰撞、停車系統、剎車系統，一切都是自動的。」

升級設計

ASE集團歐洲分部高級技術總監Jean-Marc Yannou表示：「汽車晶元的封裝通常與消費應用晶元的封裝類似。這與幾年前相比有了很大的變化。」

Yannou表示：「在過去，技術需要五年才能成熟，投入使用。現在時間縮短了。而且我們不需要改變材料。」

Yannou指出，製造中的一個問題是發動機污染，這最終會導致可靠性問題，造成腐蝕。

封裝在這裡起著至關重要的作用，由於人們依賴晶元以避免高速事故，所以封裝將變得更加重要。但隨意問兩個人，哪種封裝最適合這個市場，你最終可能會得到多個答案。它們都可以發揮作用——引線框架、層壓基板、使用引線鍵合進行互連的封裝，以及倒裝封裝。

扇出式晶圓級封裝和系統級封裝技術（SiP）也正在進入先進汽車電子領域。由於封裝成本較高，汽車製造商和一級供應商都對SiP迴避，至少是現在。Yann表示，SiP對於這些公司來說可能會很複雜，但是他們正在被SiP「日益緊湊」的性質所吸引。

進入汽車的組件包括微控制器、感測器、雷達晶元、互聯網協議晶元，以及基於感測器的電子產品。Yannou表示：「汽車晶元封裝是我們發展最快的市場之一， 它現在佔半導體封裝市場的10％左右，年增長率為10％至15％。」

但這不僅僅是更多的晶元而已。Amkor Technology的副總裁兼汽車總經理Prasad Dhond表示，「更多的晶元必須正常工作，而封裝是其中的關鍵組成部分。」

Dhond表示：「『乘數效應』是汽車半導體可靠性的一大挑戰。組件級別每百萬分之一的失效率就會導致車輛1％的故障率。為了獲得最高的可靠性，我們需要零缺陷。封裝在實現汽車應用的零缺陷方面發揮著重要作用。」

其中一些是由標準驅動的，這些標準通常與封裝無關。「ISO 26262與功能安全有關，大部分都對晶元和系統設計者提出了要求。我們支持擁有ISO 26262標準解決方案的客戶，根據需要提供支持文檔。我們還幫助客戶達到其他汽車可靠性標準，如AEC-Q100和AEC-Q006。我們正在開發汽車材料和工藝流程，以幫助客戶實現零缺陷。」

Amkor為其汽車客戶提供40種不同的封裝系列，共有11家汽車生產廠，其中一家位於亞太地區。該公司在汽車晶元封裝領域已經活躍了40多年。對於Amkor和J-Devices，汽車晶元封裝業務的年收入超過10億美元。

Dhond指出，要成為一個成功的汽車OSAT，有以下三個主要要求：

? 基於汽車標準的質量體系。 這包括IATF16949等汽車認證，以及符合AIAG（美國汽車工業行動組織）標準，如FMEA，SPC，APQP。

? 更嚴格的生產控制，強化的材料集合，以及額外的工藝步驟。

? 能夠投入大量資本，管理高質量供應鏈，並支持長期生產（10至15年）。

一些車內和售後的汽車應用（AEC-Q100 Grade 3）具有與商業級應用相同的可靠性要求。

Dhond表示：「這些組件可以使用商業級的封裝材料和工藝流程，但仍需要在工廠車間加強汽車的控制。總體而言，汽車封裝市場約為100億美元，增長速度超過整體封裝市場。電氣化和ADAS是推動這一增長的關鍵趨勢。目前大多數汽車應用都使用引線鍵合封裝，但它們正在轉向先進封裝，以支持更高的集成度和更低的寄生效應。傳統上，集成設備製造商一直將汽車晶元封裝保留在內部，但隨著需求的增加，我們看到了更多外包趨勢。此外，無晶圓廠供應商正在成為汽車市場的主要參與者，給OSAT業務帶來了推動力。」

正在快速發展

汽車晶元封裝市場正在快速發展，技術支持ADAS最終實現自動駕駛。雖然一些汽車晶元供應商將晶元封裝保留在內部，但是OSAT承包商正在深深涉足這一領域。

隨著這一市場開始飆升，隨著駕駛員輔助和自主性水平的提高，複雜性和上市時間需求也開始逐漸增加，這種情況可能會發生變化。因此，對封裝公司的要求也會提高，從而保障晶元在最惡劣的條件下長時間工作。

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