苹果这一“微操”,或将引爆高集成市场

科技发展
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据DigiTimes报道,对于未来的iPhone、iPad和MacBook,苹果计划使用更小的内部组件,以增加设备电池的尺寸。因此,该公司将大幅提高IPD(集成无源器件)的采用。

苹果的这一波操作,很可能会进一步加速IPD的普及。IPD应运而生

电子产品的发展趋势是轻、薄、短。半导体制程能力的提升,大大增加了相同体积内有源器件的数量,相应地,配套的无源器件数量也在大幅增加,这就需要更多的空间来放置这些无源器件。因此,整个封装器件的体积势必会增加,这与市场发展趋势大相径庭。从成本来看,总成本与无源器件的数量成正比。因此,在大量使用无源器件的情况下,如何降低其成本和空间,同时提高无源器件的性能,是最重要的课题之一。

作为减少电路制造过程中组装步骤总数的一种方式,IPD这种形式越来越受欢迎,因为它降低了整体制造成本并解决了各种 SWaP 问题。

IPD由电阻器、电感器和电容器等无源元件组成,通常使用标准制造技术,例如薄膜晶片来实现低成本、减小尺寸的紧凑器件。集成的无源器件可以通过堆叠、封装和裸片实现。IPD制造包括厚膜和薄膜技术,以及各种集成电路处理步骤或对它们的修改。IPD可作为标准组件或作为定制设计的器件提供。

近年来,IPD技术已经成为实现系统级封装(SIP)的重要方式,可减少后者的尺寸和组装成本,IPD 将不同的无源器件 (R、L、C) 组合在一个子元件中,通过表面贴装器件 (SMD) 或倒装芯片等标准技术组装。另外,可将IPD技术引入PCB加工,通过IPD技术的集成优势,可以弥合封装技术与PCB技术之间不断扩大的差距。分类

按照不同的方法,IPD可以被划分为很多种类型。

如按衬底材料,可分为硅和非硅;按产品类型,IPD可分为巴伦和耦合器、谐波滤波器和双工器等;按应用类型,可分为ESD、EMI、RF-IPD、RFI滤波、LED照明和数据转换器等。

下面重点看一下按材料划分的市场情况。

硅基IPD利用硅衬底上的代工工艺,通过光刻技术蚀刻不同的图形,形成不同的器件,从而实现各种无源器件,如电阻、电容、电感、滤波器、耦合器等的高密度集成。这种IPD技术可以为电子系统带来以下好处:节省电路板空间;更好的电气性能;更低的成本;更好的产品链供应和可靠性。

目前,先进的硅基IPD技术主要掌握在日本、欧美公司手中。全球领先的公司包括 ST、Qorvo、Broadcom、Murata、AVX、Skyworks、ON Semiconductor、Johanson Technology、Onchip Devices、Xpeedic。中国及其他地区的生产企业规模较小,技术研发相对薄弱。大多数公司没有自己的核心技术,一般采用低成本营销来获得市场份额。

硅基IPD的主要销售区域是亚太和北美,合计约占全球市场份额的84%。得益于日本、中国和印度的快速增长,亚太市场在推动全球市场发展方面也发挥着重要作用。

硅基 IPD 的生命周期短,制造后难以修改。此外,这些IPD需要大规模集成和先进封装,增加了整体制造成本。然而,市场参与者正在使用玻璃材料作为传统硅材料的替代品的新型 IPD,这样可以克服设计的复杂性。

预计基于玻璃的IPD市场将以8%的复合年增长率增长。基于玻璃的IPD具有高电阻率、低射频耦合和高能效的特点。此外,玻璃基材料可提供必要的绝缘和更小的热系数,可确保 IPD的平稳性能。应用市场

IPD的独特之处在于其增强的兼容性和成本效益,这使其能够用于无线物联网设备,IPD可在个人电脑和移动电话中实现噪声抑制。它适用于各种电子产品,如智能手机、PDA、智能手表等。IPD主要用于通信、汽车、航空航天和国防、医疗保健和生命科学。

耐用消费品中越来越多地采用 IPD,这极大地推动了市场需求。白色家电是 IPD 技术的最大应用市场。IPD在消费电子领域具有强大的渗透力,其中包括智能手机、平板电脑、便携式媒体播放器、机顶盒等。对具有成本效益和紧凑尺寸的电子产品不断增长的需求预计将推动其增长。新材料和先进集成技术的发展促进了组件的小型化,使系统更加可靠和紧凑。汽车信息娱乐系统的普及以及可穿戴行业中IPD用量的增加将积极推动其全球市场增长。

不过,与分立元件相比,IPD 成本更高等因素将在一定程度上限制其需求。由于该市场的主要参与者正在努力将 IPD 的成本降至最低,因此从长远来看,这种影响估计很小。此外,缺乏开发先进 IPS 的技术人员、发展基础设施和严格的政府规则是阻碍全球IPD市场增长的潜在限制。市场规模及前景

根据市场研究公司Global Market Insights的统计,IPD市场的增长将受到多种相关因素影响,例如降低互连复杂性、提高性能、减少封装尺寸、提高组件容差和输出,以及更好的灵活性。这些先进的特性将提高IPD在众多智能消费类可穿戴设备、物联网和人工智能设备,以及汽车信息娱乐和导航系统中的采用率。

据统计,到 2026 年,全球IPD市场估计将超过 20 亿美元。

IPD系统的整合有助于汽车和消费电子设备制造商最大限度地降低总成本并获得小尺寸封装。

政府为发展汽车工业进行的大量投资将促进 IPD在汽车零部件中的广泛采用。根据欧盟委员会的规定,专门从事汽车金属零部件开发和制造的西班牙跨国公司海斯坦普将获得欧洲投资银行 (EIB) 2 亿欧元的贷款,以提升其生产研发能力。类似的投资将为汽车零部件和技术开发商提供更多机会。而IPD技术和产品正符合这种趋势。

2019年,汽车应用占IPD市场份额的17%,预计未来几年的复合年增长率将超过 8%,这是由于汽车电子产品中出于无线通信目的而大量使用IPD。由于IPD具有很好的成本效益,使其在数字速度计、智能前灯和电子控制单元等汽车电子应用中需求量很大。

目前,有越来越多的设备配备双工器,而带有滤波器和双工器的IPD可用于频带和阻抗匹配的集总元件电路。双工器主要用于 GPS、天线、2G、3G 和 LTE 等蜂窝基础设施、汽车远程信息处理、物联网应用和无线基站的前端模块。

该器件具有稳定可靠的温度性能、高性能和低插入损耗。2019 年,双工器细分市场占有IPD市场约15%的份额,预计未来将进一步上升,这归功于 5G 通信系统和电信行业越来越多地采用这些设备。

另外,ESD/EMI市场需求在不断增长,在该领域,IPD技术有助于改善信号接收和阻止传输损耗,这使得它们在手机应用中非常受欢迎。

从目前情况来看,5G将是IPD最具发展潜力的应用市场,特别是5G射频前端,前景广阔。而新材料的发展,如玻璃基板,为IPD在5G射频前端的应用开辟出了新路。

玻璃基板正在成为实现毫米波技术的理想候选者。这主要是因为其损耗低,尺寸稳定性好,形成细间距通孔的能力、对温度和湿度的稳定性、与器件匹配的热膨胀系数 (CTE) 以及大面积低成本面板的可用性。无源元件,例如滤波器、功率分配器、天线阵列和双工器,可以受益于玻璃基板和精密重分布层 (RDL) 的上述优势,从而实现小型化。这些组件可以设计和制造以实现小于对应于工作频率的自由空间波长两倍的尺寸,并且可以作为IPD集成在诸如射频前端模块之类的封装中。竞争企业

目前,擅长IPD技术,且有稳定、成熟产品的企业主要包括:3D GLASS,3DIS TECHNOLOGIES,GLOBAL COMMUNICATION SEMICONDUCTORS,英飞凌,Johanson Technology,KOA SPEER ELECTRONICS,M/A-COM,安森美,Onchip Devices,Qorvo,STATS CHIPPAC PTE,意法半导体,Skyworks,Broadcom,TDK,Murata,VIKING TECHNOLOGES,WAVENICS,Xpeedic等。结语

IPD的自身特点与当下市场对各种设备和模块高集成度的需求不谋而合,市场前景广阔,再加上苹果这样的大企业助推,必定能使IPD的应用更上一层楼,同时带动产业链各环节协同发展。如果苹果大幅提高新iPhone和其它iOS产品对IPD的采用,将为制造伙伴台积电和Amkor提供更多商业机会。据悉,苹果已经请求台积电的第六代工艺为新iPhone和iPad大规模生产IPD。

来源:半导体行业观察

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