近期常聽到電子產業界、市場分析人士所提到的ABF載板,屬於半導體IC晶片製程所會使用的IC載板種類之一,目前主要應用於:CPU、GPU、FPGA、ASIC等高速運算(HPC)性能處理器IC晶片的製造、封裝過程;透過ABF載板中,處理器IC晶片電路訊號接腳的建立、延伸、擴量連結,有利於處理器晶片進行資料處理、運算時的加速效益。
CPU、GPU、FPGA、ASIC 高速運算應用推升ABF需求
二○一七年以來,伴隨全球雲端網路應用風潮的日漸勃興,所必需的網路資料中心、網路工作站大量布建之下,因而直接刺激伺服器、交換器出貨量的大幅成長;如此一來,等同間接擴增對ABF載板的使用需求。另一方面,於雲端網路系統應用之外,同樣屬於高速運算的AI人工智慧,在人們的日常生活應用,正日漸普及化,料將成為另一個推升ABF載板使用需求量增加的要角。ABF載板二大主要應用市場驅動力,未來不僅將延續不輟,更有望日漸增強。
除雲端、AI應用之外,二○二○後數年間,預料將成為5G無線通訊與相關高速連網應用蓬勃發展期,而在系統營運商布建5G網路環境過程中,也將消耗大量ABF載板。
另外,半導體IC晶片(圓)製造廠,為了延續知名的摩爾定律,半導體晶圓製造、封裝次產業,因此從設計、封裝製程階段著手;且日漸普及的小晶片化設計,所消耗的ABF載板數量,又高於全微縮製程;同時,IC晶片(圓)先進封裝製程所使用ABF載板尺寸,又較原本單一晶片製造、封裝時的尺寸更為加大,而且單一封裝的IC晶片生產良率較低,預估也將進一步拉高ABF載板應用需求。
預估二○一九年~二○二三年間,全球ABF載板月平均需求量,將自原本的一.八五億顆,大幅成長達三.四五億顆,期間年複合成長率(CAGR)將可達一六.九○%。
高速運算性能IC現階段已與消費者的日常生活密不可分,而且終端產品應用範圍日益廣濶,加以全球半導體IC製造技術,持續朝向更先進、更高階製程分級演進,預期可促成IC晶片發揮高速運算效能的ABF載板,後市對全球半導體產業、市場的應用重要性,料將因此不斷提高。
5G、雲端、AI高速運算興起 市場需求推升產業成長榮景
在二○一○年以前,主要由桌上型電腦、筆記型電腦驅動ABF載板應用需求,CPU、GPU高速運算處理器晶片,消耗大量的ABF載板;可是二○一○年以後,桌上型電腦、筆記型電腦出貨量出現持續走跌市況,ABF載板使用需求因此逐漸下滑;直到二○一七年時,受惠於筆記型電腦市場復甦,雲端、AI高速運算應用開始興起,ABF載板應用需求因此見到連續三年成長榮景。
全球筆記型電腦市場,雖然於二○一七~二○一九年間出現復甦好光景,但整體出貨量、產值成長力道仍舊有限,雲端、AI應用因此成為推升ABF市場需求的成長主力。
由於建置雲端網路系統所需資料中心、網路工作站,須配置大量網通設備、光通訊設備、電源設備、伺服器、散熱設備,其中,伺服器、網路交換器所搭載IC,即需使用大量ABF載板,雲端應用因此可顯著推升ABF應用需求。
雲端網路應用之外,AI應用已成為推動ABF載板市場需求成長另一要角;機器視覺、語音辨識、大數據分析等科技,持續拓展不同生活應用層面,不只因此加速AI伺服器系統布建速度,更全面性擴大刺激雲端、終端AI高速運算晶片搭載需求。
雲端網路、AI應用,目前已成為建構未來便利社會不可或缺要件;上學、工作、生產、娛樂、生活、零售、交通、金融、醫療、安防、城市治理等,都將與雲端網路、AI應用建立更廣泛、更深度連結,所需搭載的硬體設備需求,也將隨之不斷增加,進一步推升高運算性能IC晶片出貨量;同時,ABF載板需求量也將因此隨之擴增。
以全球AI晶片市場規模而言,有機會自二○一九年的一一三億美元,明顯、大幅成長至二○二三年四一八億美元,期間年複合成長率達三八.七○%。如以公有雲市場而言,市場規模則有望自二○一九年的八三○億美元,成長至二○二三年時一七九一億美元,期間年複合成長率亦達二一.二○%;二大應用板塊的中長期成長向上趨勢,料將為ABF載板市場造就剛性需求。
除了雲端、AI應用以外,5G及相關應用自二○二○年較大規模商轉後,開始蓬勃發展,5G網路的布建過程,已進一步拉高ABF載板需求量;主要因為5G基地台可能採用三個以上的FPGA,所搭載的CPU約四個~五個;同時,還包含各種不同類型的ASIC,以及更多數量的射頻元件。
另外,由於5G無線電波的頻段高於4G,障礙物穿透能力、訊號傳輸距離,都無法與4G相比;為了避免無線通訊訊號的中斷窘境,須增加5G基地台的建設數量,5G基地台需求量,因此約為4G基地台的一.七五~二倍,消化廠商ABF載板產能效果,也因而明顯高於4G基地台消化量。
預估二○一九年~二○二三年,全球5G基地台出貨總量,可望自原本的五五萬座,大幅成長達六七○萬座,期間的年複合成長率高達八六.八○%,有望顯著性推動全球ABF載板需求量擴增。
半導體IC晶圓製造為順利延續知名的摩爾定律,產業界開始自設計、封裝製程階段下手,競相投入研發、生產資源,設法找到可成功達成延續摩爾定律的獨門秘技;目前最新方法為利用小晶片(Chiplet)設計模式、先進封裝製程提升IC晶片單位面積電晶體數量的方式,嚐試順利達成延續摩爾定律目標。
先進封裝製程與小晶片化設計 增加ABF載板產能去化量
小晶片設計的概念,主要透過逐一拆分SoC(系統單晶片)中,各個不同IC晶片單元如訊號處理、運算、儲存、數據流動管理等,利用不同的IC晶圓(片)製程技術,先製造出各類不同的小晶片,之後將數個小晶片製作成單一晶片封裝,藉由縮短電流傳輸(導)距離,進而提升IC晶片運算效能。
近期最為市場所熟知的小晶片設計,為全球半導體、處理器(CPU)大廠超微(AMD)所推出的產品新設計模組。超微先前於二○一九年第三季時,鎖定x86架構伺服器市場,推出第二代EPYC伺服器處理器;處理器晶片製作方式,將七奈米製程所代工製造的運算單元,與運用一四奈米製程所製成輸入/輸出、儲存單元,二者整合於同一塊IC基板之上,儘管運算效能因大幅縮短電路(流)傳輸距離而更為提高,但整體晶片尺寸也隨之更加放大,所消耗ABF載板面積、數量,因此多過於全微縮製程。
IC晶圓(片)先進封裝製程部分,台積電所先後推出CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)、整合扇出暨基板(InFO-oS)的高階IC晶圓(片)封裝技術,主要利用中介層(Interposer)、矽穿孔(Through Silicon Via)、重分布層(Redistribution Layer)等製造、封裝技術,連結不同模組IC晶片後,再進一步將IC晶片封裝於ABF載板之上;CoWoS主要應用於高效能運算晶片,InFO-oS則是以系統單晶片封裝製程應用為主。
此外,全球半導體、處理器(CPU)龍頭廠英特爾(Intel),也已成功開發出與台積電CoWoS封裝技術相似的嵌入式多晶片互連橋接(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)技術,利用搭建矽橋(Silicon Bridge)的方式連結IC晶片,並進一步透過錫球銲接方式,整合於ABF載板之上。
不管是採用CoWoS、InFO-oS、EMIB任何一種IC晶片封裝技術,所使用的ABF載板面積,勢必高於採用單一IC封裝製程的用量,加以電路圖布線製程複雜、產線生產良率低,預料將因此大量去化ABF載板既有產能。
蘋果新技術新規格引領風潮 推升ABF載板市場應用需求
蘋果(Apple)所推出採用ARM架構設計、製造的新處理器Apple Silicon,可能會出現單核、雙核配置的產品差異,雙核配置預料可能採用台積電InFO-oS封裝技術製造,以同時兼顧製造成本、運算效能。況且,蘋果往往為市場新技術、新規格的領頭羊、引領者,一旦其大舉採用InFO-oS高階先進IC晶片封裝製程,必將有助提高InFO-oS封裝技術的市場滲透率,進一步推升ABF載板市場應用需求。
整體而言,伴隨雲端網路、AI人工智慧、5G高速無線通訊網路,以及半導體小晶片設計、先進封裝製程技術發展的長期普及化應用趨勢下,全球ABF載板市場需求也有望跟著水漲船高。
推估二○一九~二○二三年,全球ABF載板平均月需求數量,將自原先的一.八五億顆,大幅成長達三.四五億顆,年複合成長率達一六.九○%。
以應用類別區分而言,預估至二○二三年時,全球PC(包含桌上型電腦、筆記型電腦)所消耗ABF載板,占整體約四七%比重,伺服器、交換器約占比二五%,AI晶片約占一○%比重,5G基地台則占比約七%。
市場供不應求不易快速擴產 市占率高台廠可望最為受惠
二○一○~二○一七年,因桌上型電腦、筆記型電腦出貨量縮減,因而導致ABF載板市場一度供過於求,為了避免重蹈覆轍慘痛經驗,ABF載板供應廠商的擴產步伐,踩得因此相對穩健不少,二○一八年時,ABF載板市場需求再度見到明顯提升,市場因此開始出現供需緊俏市況,待到二○一九年時,市場供給缺口更進一步放大。
就市場供需情況而言,二○一九年,全球主要ABF載板供應廠月產能,總計約一.六七億顆,平均月需求量則為一.八五億顆,市場供給缺口將近一○%。
雖然供應廠商已陸續計畫擴產,預估二○一九~二○二三年,全球ABF載板產能年複合成長率可望達一八.六○%。但以整體市場而言,直至二○二三年時,全球ABF載板平均月產能總計仍僅三.三一億顆,屆時,可能依舊無法滿足平均每月三.四五億顆市場需求,ABF載板供需仍將緊張。如此一來,ABF載板市場很有機會迎來新一波,可望持續達數年之久的成長熱潮。
由於ABF供應廠商所計畫擴增產能,有可能須等待至二○二一下半年,才有望上線量產、供給擴增放量。因此,預期二○二一年的市場供需缺口,將接近一六%左右,將成為未來幾年內,市場供需缺口最大的一年。
二○二○年全球ABF載板產能區域性分布方面,預估台灣廠商整體占比將可達四六%、近五○%比重,位居首位,日本廠商則占比三○%左右居次。另外,於應用產品類型與布局方面,台廠已完整覆蓋CPU、GPU、ASIC、FPGA、射頻元件、先進IC晶片封裝等各領域項目,較日、韓系競爭對手廠更加全面化,預期台灣指標性大廠欣興(3037)、景碩(3189)、南電(8046),有望於全球ABF載板市場,後市供需持續性吃緊趨勢下,營運因此明顯受惠成長。
其中,欣興為全球排名第一的ABF載板供應廠商,產品線布局最為全面化,預料將成為全球ABF載板供需持續性吃緊趨勢下最大受惠者。目前,ABF載板營收約貢獻整體營收三○%比重,預估至二○二三年時,可逐漸提升達三七%。
有關生產線產能擴張部分,欣興二○一九年資本支出為九二億元,二○二○年則大幅調升達二四○億元;其中,約六○%左右資金,主要用來擴增ABF載板產能規模。
設備廠春江水暖鴨先知 ABF載板產能吃緊短期難解
台灣PCB及面板設備廠志聖(2467)指出,由於IC載板偏向前段製程,新產能需要較長的建置時間,約需耗時十六~二十週,與全新設立的封裝製程產能,僅需八~一○週即可建置完成,無法相提並論,所以ABF載板產能近期仍舊相當吃緊。
另外,以設備今年的銷售狀況看來,載板占PCB比重,以往不到一○%,今年則明顯上升許多,尤其主要應用於載板的剝膜機、真空壓膜機等設備。
由於看好AI、5G、IoT、車聯網等載板應用日益普及,市場對於相關製程的設備需求將越來越為強勁,料將帶來不小成長動能。
展望第四季ABF市場前景,法人機構認為,儘管華為受美國管制禁令影響,因此對ABF載板廠造成產品組合層面影響,但由於ABF市場仍存有供需缺口,華為所空出的產能餘裕,已快速被其他客戶補上,ABF生產線因此仍舊維持滿載水位,加以ABF新產線上線投產後,有機會隨之帶動ABF出貨量隨之持續擴增。
另一方面,ABF載板營收,占南電整體營收比重約四八%,明顯高於同業水準,預估伴隨ABF載板市場規模持續擴張之下,後市對整體營收的挹注效益,也將因此更加顯著。
此外,南電的ABF載板,主要應用於GPU、ASIC、射頻元件為主,主要供貨客戶包括有AMD、NVIDIA、華為等,預期後續可望受惠AI應用、5G網路布建所帶入拉貨需求。
儘管主要客戶之一的華為,因為受到美國管制出口、供貨禁令限制,因而間接影響南電ABF載板出貨成長動能,唯5G網路布建需花費較長時間,預料5G設備用ABF載板需求仍將持續,有望因此減低華為出口禁令對南電所造成影響。
ABF三雄欣興、南電、景碩 產業趨勢向上未來成長可期
因受惠ABF載板市場需求,持續強勁向上趨勢未變、產能提升助攻之下,南電八月合併營收三六.三六億元,創下二○一一年九月以來新高,月增率七.六五%,年增率達三二.二六%,累計今年前八月合併營收二四○.三五億元,年增率亦達二三.八○%。
市場法人表示,南電的ABF載板產能訂單,成長動能強勁,生產線稼動率因此持續滿載水位,今年第三季,因受惠傳統旺季效應,ABF載板廠產能因此較淡季期間更加緊俏。
另一方面,SiP系統級封裝製程因受惠手機、穿戴裝置、TWS、遊戲機新品發表熱潮,產品單價有望提升之下,可望帶動廠商出貨產品組合持續優化,有利提升營運獲利。
南電表示,全球IC載板供應廠商數量少,各家業者的基準點、尺寸/層數標準,也都不盡相同,生產IC載板,大多直接與客戶溝通,取得所需產量、規格後,再下去擴充產能;新世代產品所需ABF載板,尺寸大、層數厚,因此需要消耗大量產線產能。而且,市場需求儘管強烈,但也需要時間開出新產能,因此,近年ABF載板產能持續吃緊未解。
景碩今年大幅擴增ABF載板產能,月產能已自二○一九年的六○○萬顆,倍數擴增達一二○○萬顆,惟目前仍持續不斷增加中,推估整體產能規模,有望於二○二三年時,與韓廠SEMCO並列比擬。ABF載板營收約占景碩整體營收三五%比重,主要應用於GPU、FPGA等IC晶片,重要供貨、往來客戶有聯發科、輝達、賽靈思等,預估後市也將可受惠AI應用、5G網路建置熱潮。