推动半导体产业实现两位数增长

如今“颠覆性”一词可能被过度使用，但它通常只适用于一种技术。例如，当90年代末期PC产业真正开始腾飞时，半导体行业就出现了一段两位数增长的时期。尽管业界尽了最大努力，但直到21世纪初期手机的出现改变了这一切，这种情况才得以重演。

许多人都在寻找下一个具有颠覆性的技术，以引发半导体行业再来一段两位数的市场增长时期。一段时间以来，物联网（IoT）一直被视为是这一触发器，但或许由于其迥然不同的性质，它尚未真正产生这样的影响。但是，现在随着5G技术的出现，对人工智能的兴趣和发展的增加，云计算的持续重要性，以及增强/虚拟现实的势头不断增强，人们预计该行业将处于强势地位。

尽管新冠疫情将不可避免的对各行各业造成严重影响，导致经济增长放缓甚至出现负增长，但长期预测仍可能是健康的。实际上，很难低估这些颠覆性技术将带来的影响，而且不仅是对半导体行业的影响。部分原因在于，随着这些技术的融合，它们将形成良性循环，每一项技术都为其他技术的进一步发展奠定了基础。

图1:传感器的平均售价持续下降(资料来源：Goldman Sachs and ^[2])

平均售价的重要性

尽管销量明显增长，但半导体行业的增长数字仍保留在个位数，其部分原因在于制造商一直面临降低平均销售价格（ASP）的压力。独立的半导体制造商（IDM）几乎在每一个设计插槽上展开竞争，保护这个插槽的一种方法是在产品成熟时降低其价格。虽然这使得他们可以对新产品收取高价，但集成设备的使用寿命可能会非常长，而开发新设备的成本会不断增加。

以传感器的平均销售价格（ASP）为例。由于其体积小，集成度高，MEMS技术的出现真正推动了物联网（IoT）的发展。然而，运输量的增加对价格产生了相应的影响（图1）。

特别是5G的引入在某种程度上代表了一个分水岭。虽然一些现有的基础设施仍将继续使用，但5G的推出也将需要全新的设备。这将促使OEM开发新的解决方案，甚至基于可能还不存在的半导体设备。这为那些已经准备好并能够开发和部署这些新的解决方案的IDM提供了一个机会，这种设计上的优势可能会持续几代人。

然而，仍然有一些不确定性。作为一项技术，5G本质上是两个同名的系统。最初，我们预计5G服务将使用现有的基础设施进行部署，在6GHz带宽下运行。这将兑现5G的部分承诺，但并非全部承诺。为了真正看到这些好处，我们需要等到在24GHz及更高频率运行的基础设施的第二阶段，即所谓的毫米波区域。

图 2：5G推出的两个阶段

虽然我们只能期待5G毫米波在2024年之后才会出现，但它将带来显著的性能提升，例如数据传输速率提高100倍，延迟降低10倍，网络容量扩展100倍。就基站而言，这将需要更密集的基础设施; 基站将更小，但数量要多得多。最初的移动电话和相关基础设施的发展，为半导体产业带来了一段两位数的增长时期，开创了先例。因此，人们的期望很高也就不足为奇了。

图 3：我们对5G的期望

最初的移动网络的惊人成功是短信息（SMS），与之不同的是，我们可以预期，5G的主要功能将催生许多新的应用程序。例如，高数据传输率将支持8K内容的实时流传输，但它还将支持网络流量的更多变化。这意味着，从大型货船到微型温度传感器，几乎所有东西都可以使用5G。

图 4：按照封装类型划分的实际和预测发货量(资料来源：2016 through; Prismark. 2030F; UTAC)

技术融合将推动增长

5G、AI、VR/AR和云计算的融合将会形成良性循环，带动整个行业的增长。一些分析师预测，到2030年，半导体产业的规模将达到1万亿，其中OSAT（外包半导体测试和组装）部分的市场价值可能达到1000亿。图4说明了这将如何影响目前用于集成组件的主要封装类型的供需关系。最右边两栏中的复合年增长率（CAGR）预测数字也考虑了5G将会产生的影响，如第1阶段(最高6GHz)和第2阶段(>24GHz)所示。

由于其适用于传感器等物联网（IoT）组件，预计引线框架方形扁平无引脚（QFN）封装仍然是最具成本效益的选择，2019年到2030年，模封互连载板（MIS）的使用将增加。对于集成度更高的设备，晶圆级芯片规模封装（WLCSP）仍然受到青睐，因此，使用量也在增加。当然，更成熟的封装类型，如表面贴装设备（SMD）将继续受欢迎。而对方形扁平（QFP）封装的需求继续来自汽车行业。实现倒装芯片技术的球栅阵列（BGA）和平面网格阵列（LGA）封装类型的应用也将受到总体市场增长的推动。我们还可以期待看到对系统封装解决方案的需求增加。

由于它所带来的机遇，采用毫米波技术将颠覆行业内已经建立的供应链，包括OSAT。为5G发展新的测试和封装技术需要一些创新方法，因为迄今为止，大部分IC封装技术都是为最高6GHz的频率设计的。图5展示了蜂窝通信中射频（RF）前端的发展，并总结了已使用的封装以及5G第1阶段和第2阶段所需的封装。

图 5: 蜂窝通信中射频（RF）前端封装

采用毫米波将需要能够适应新的无线电解决方案的封装技术，例如相控阵天线。使用高频率意味着互连周围的封装将出现更高的插入损耗，这就需要将天线集成到模块中，以创建封装天线（AiP）方法。

这可能意味着，由于频率超过20GHz时介电常数相对较高，行业标准的模压塑料封装不适用。最终，这可能会迫使制造商采用更昂贵的空腔封装。为了应对这些挑战，业界需要更多的射频（RF）专家，愿意将他们的技能应用到后端测试和封装领域。

随着我们进入部署的第2阶段，预计围绕5G建立的技术融合将加速，但在此过程中仍然需要应对许多重大挑战。然而，由于5G在未来将如此重要，我们知道本行业将会迎接并克服这些挑战。OSAT部门将在这一成功中发挥重要作用。