引线键合Wire bond仍然是存储封装的主要互连方式,但倒装芯片(flip-chip)正在成为主流存储封装
存储半导体业务正在蓬勃发展
存储设备使用从基于引线框架到硅穿孔TSV等的多样化封装技术
存储封装的市场价值很高(以十亿美元为单位),主要由IDM厂商控制
存储器行业正处于强劲的增长阶段:预计整个存储器市场2016-2022间年复合增长率将达到约9%,到2022年将达到约1350亿美元的市场规模,其中DRAM和NAND的市场份额几乎达到95%。而且,供需失衡正在推高存储器装置的平均售价,导致大型存储器IDM获得破纪录的利润。
据“超摩尔定律”市场研究和策略咨询公司Yole Développement(Yole)指称,2016年存储封装市场总额估计约为200亿美元,到2022年年复合增长率为4.6%。因此,存储设备使用多种从引线架构到TSV等的不同封装方式。
Yole发布了锁定存储器市场的专门报告“MemoryPackaging Market and Technology” 。报告中阐述了对不同存储器类型的整体市场趋势、相关市场驱动因素和关键应用的深刻理解。此份分析提出了对存储器封装的发展和技术路线图的详细描述。咨询公司也点出未来几年不同存储器封装技术的市场预测,以及对未来趋势的展望。
与此同时,NVIDIA Tesla P100GPU已经被Yole的姊妹公司System Plus Consulting深入拆解分析,并将结果写入其最新的报告NVIDIATesla P100 GPU with HMB2.这种反向成本和工程分析显示了与过去的存储器世代相比的技术发展,并特别点出了封装零件的附加价值。
存储应用的最新先进封装技术所面临的挑战为何?与其相关的市场问题又是什么?包括Yole和System Plus咨询公司在内的Yole集团透过对存储器产业进行的调查,为您提供深入的专业见解。
Yole高级技术与市场研究分析师Santosh Kumar表示:“存储需求来自各个行业,特别是移动装置和运算(主要是服务器)市场。” 平均而言,每个智能手机的DRAM存储容量将增长三倍以上,到2022年将达到6GB左右,而每个智能手机的NAND容量将增加五倍以上,到2022年将达到150GB以上。
而在伺服器方面,单位DRAM容量将增加到更高,2022年将超过0.5TB,到2022年企业用市场每个SSD的NAND容量将达到5TB以上。这些市场的增长主要是由深度学习、数据中心、网络链接、AR / VR和自动驾驶等应用推动的。
与此同时,一般使用低存储的汽车市场将会看到以自动驾驶和车载信息娱乐为主导的DRAM存储的采用。此外,NOR闪存市场正在复苏,预计将以惊人的16%复合年增长率增长,到2022年将达到约44亿美元,原因是其在AMOLED显示器、触摸显示驱动IC和工业物联网等新领域的应用。
在供应端方面,供货商的整合与技术挑战造成先进节点的推行不易,再加上从2D转移到3D NAND过程所需的更高额投资,都导致DRAM和NAND闪存供应的短缺。 DRAM厂商希望维持较高的平均售价和盈利能力,以合理化他们在先进节点迁移方面的巨额资本支出,因此倾向不会增加产能。
存储器件封装的选择众多,包含从低引脚数小外形SOP封装到高引脚数硅通孔TSV等的各种封装技术,而这些技术的选择都取决于密度、性能和成本等产品要求。
“我们已经确定了五个核心存储器件封装平台:即引线框架、引线键合球栅阵列封装BGA、倒装芯片BGA、晶圆级晶粒尺寸封装WLCSP和硅通孔TSV”,Yole的Santosh Kumar表示。“每一种技术都还包括许多不同的变化,搭配不同的术语。最终,到2022年,整个存储封装市场预计将达到近250亿美元。“
2016年间,以销售额来看,引线键合球栅阵列封装BGA占美国封装市场的80%以上。同样在2016年,倒装芯片开始进入DRAM存储封装市场,预计未来五年将以20%左右的年复合增长率成长,占整个存储封装市场的10%以上。随着高带宽需求的推动,以及DRAM PC /服务器领域的应用日益增多,推动了倒装芯片的增长。三星已将其90%以上的DRAM封装线转换为倒装芯片,SK海力士也开始转型,其他厂商未来也都将开始采用倒装芯片。事实上,所有用于PC /服务器的DDR5存储最终都将使用倒装芯片。
由于高带宽和存储芯片在各种应用中对高性能计算的低延迟需求,TSV开始被用于高带宽存储器件中。“举例来说,三星为NVIDIA Tesla P100 GPU开发的HBM2与上一代产品相比,大幅提升了存储容量和带宽,”System Plus Consulting技术长Romain Fraux解释说。他还补充道:“单一个55 mm x 55 mm 12层BGA的封装包含超过3,500平方毫米的硅面积。透过3D组装流程制造的HBM2堆栈由4个1 GB DRAM存储器裸片和一个缓冲器裸片组成,透过via-middle TSV制程和微型凸块连接...”(详情请参考相关新闻稿:Press release)
2016年TSV市场仅占存储市场总量的不到1%,但复合年增长率将超过30%,到2022年达到存储封装市场总额的8%。同时,WLSCP封装,将被NOR闪存和利基存储设备采用,预计年复合增长率将超过10%,但到2022年,其总值将仅维持在整体市场的1%以下。
对于行动装置应用,存储封装将主要维持在引线键合BGA平台上。不过,将很快开始针对高端智能手机推出多芯片封装(例如ePoP)。 NAND闪存器件的主要要求是低成本的高存储密度。 NAND采用引线键合堆栈,以便在单个封装中提供高密度。 NAND闪存封装将保持采用引线键合的BGA形式,不会迁移到倒装芯片。但是,东芝将开始在NAND设备中使用TSV封装来提高高端应用的数据传输速率。在东芝之后,Yole认为三星和SKHynix将接着推出TSV封装的NAND器件。
市场研究和策略咨询公司Yole将参加SEMICON Europa(11月14 - 17日 - 德国慕尼黑),并将就其活动(SEMICON Europa议程)进行几场简报。其中一场题为“Advanced Packaging: A very dynamic ecosystem!”的分享将特别保留一部分针对存储业务的技术挑战和市场问题进行探讨。此场活动将由Advanced Packaging&Manufacturing的市场和技术分析师Andrej Ivankovic主讲。欢迎预留时间参与此活动,并在B1-1434号展台与Yole的团队会面。
i-micronews.com 针对“AdvancedPackaging for Memories”报告,包括目录、报告中提及的公司名单等详细信息可在i-micronews.com,advanced packaging reports.查阅。