半導(dǎo)體行業(yè):先進(jìn)封裝關(guān)鍵技術(shù)
??2021?年,先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模約?375?億美元,占整體封裝市場(chǎng)規(guī)模的44%,預(yù)計(jì)到2027年將提升至占比53%,約?650億美元,CAGR21-27為?9.6%
??摩爾定律放緩,芯片特征尺寸已接近物理極限,先進(jìn)封裝成為提升芯片性能,延續(xù)摩爾定律的重要途徑。
全球封裝技術(shù)向先進(jìn)封裝邁進(jìn)
先進(jìn)封裝是指處于前沿的封裝形式和技術(shù),通過(guò)優(yōu)化連接、在同一個(gè)封裝內(nèi)集成不同材料、線(xiàn)寬的半導(dǎo)體集成電路和器件等方式,提升集成電路的連接密度和集成度。目前,帶有倒裝芯片(FC)結(jié)構(gòu)的封裝、晶圓級(jí)封裝(WLP)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)、2.5D/3D?封裝等均被認(rèn)為屬于先進(jìn)封裝范疇。
封裝技術(shù)演進(jìn):從傳統(tǒng)封裝,到采用硅中介層的2.5D?封裝,到?TSV?垂直連接的3D?封裝
??先進(jìn)封裝增速高于整體封裝,2.5D/3D封裝增速居先進(jìn)封裝之首。
根據(jù)Yole,2021年,先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模約?375億美元,占整體封裝市場(chǎng)規(guī)模的44%,預(yù)計(jì)到2027年將提升至占比53%,約?650億美元,CAGR21-27為?9.6%,高于整體封裝市場(chǎng)規(guī)模CAGR21-276.3%。先進(jìn)封裝中的2.5D/3D封裝多應(yīng)用于(x)PU, ASIC, FPGA, 3D NAND, HBM, CIS等,受數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用的驅(qū)動(dòng),2.5D/3D封裝市場(chǎng)收入規(guī)模CAGR21-27高達(dá)?14%,在先進(jìn)封裝多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域中位列第一。
??先進(jìn)封裝處于晶圓制造與封測(cè)制程中的交叉區(qū)域,涉及IDM、晶圓代工、封測(cè)廠商,市場(chǎng)格局較為集中,前6?大廠商份額合計(jì)超過(guò)80%。全球主要的?6?家廠商,包括?2?家?IDM?廠商(英特爾、三星),一家代工廠商(臺(tái)積電),以及全球排名前三的封測(cè)廠商(日月光、Amkor、JCET),合計(jì)處理了超過(guò)80%的先進(jìn)封裝晶圓。
??TSV?指Through Silicon Via,硅通孔技術(shù),是通過(guò)硅通道垂直穿過(guò)組成堆棧的不同芯片或不同層實(shí)現(xiàn)不同功能芯片集成的先進(jìn)封裝技術(shù)。
TSV?主要通過(guò)銅等導(dǎo)電物質(zhì)的填充完成硅通孔的垂直電氣互連,減小信號(hào)延遲,降低電容、電感,實(shí)現(xiàn)芯片的低功耗、高速通信,增加帶寬和實(shí)現(xiàn)器件集成的小型化需求。此前,芯片之間的連接大多都是水平的,TSV的誕生讓垂直堆疊多個(gè)芯片成為可能。
相機(jī)模組尺寸對(duì)比:帶引線(xiàn)鍵合的圖像傳感器(a)VS?帶?TSV?的圖像傳感器(b)
??TSV?用途大致分為?3?種:背面連接(應(yīng)用于CIS?等)、2.5D封裝(TSV在硅中介層)、3D封裝(TSV位于有源晶粒中,用于實(shí)現(xiàn)芯片堆疊)。
目前,國(guó)內(nèi)頭部封測(cè)企業(yè)如長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技、晶方科技等都在TSV有所布局。目前國(guó)內(nèi)封測(cè)廠進(jìn)行的TSV工序多用于CIS等封裝,高深寬比要求的?TSV?仍多由晶圓廠來(lái)完成。
TSV?的三種應(yīng)用形式:背面連接、2.5D封裝、3D?封裝
??TSV?制造涉及的相關(guān)設(shè)備種類(lèi)繁多。
以2.5D interposer為例,其制造流程可以分為三大部分:TSV process-Via last or Via middle(TSV孔的制造)、Front side process-Dual Damascene process(正面制程-大馬士革工藝)以及?Backside process-Cu Expose & RDL process(背面制程-露銅刻蝕和?RDL制程)。每個(gè)部分具體環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)不同設(shè)備及不同指標(biāo)。TSV生產(chǎn)流程涉及到深孔刻蝕、PVD、CVD、銅填充、微凸點(diǎn)及電鍍、清洗、減薄、鍵合等二十余種設(shè)備,其中深孔刻蝕、氣相沉積、銅填充、清洗、CMP去除多余的金屬、晶圓減薄、晶圓鍵合等工序涉及的設(shè)備最為關(guān)鍵。
2.5D interposer?制造流程及所需設(shè)備
??國(guó)內(nèi)封測(cè)廠TSV?布局情況:多家頭部廠商已有布局
內(nèi)資封測(cè)廠商向TSV等先進(jìn)封裝領(lǐng)域突破。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷二次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,目前處于第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的進(jìn)程之中,作為半導(dǎo)體領(lǐng)域壁壘相對(duì)較低的領(lǐng)域,封測(cè)產(chǎn)業(yè)目前主要轉(zhuǎn)移至亞洲區(qū)域,主要包括中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣、東南亞等。
封測(cè)是中國(guó)大陸集成電路發(fā)展最為完善的板塊,技術(shù)能力與國(guó)際先進(jìn)水平比較接近,我國(guó)封測(cè)市場(chǎng)已形成內(nèi)資企業(yè)為主的競(jìng)爭(zhēng)格局。中國(guó)大陸封測(cè)市場(chǎng)目前主要以傳統(tǒng)封裝業(yè)務(wù)為主,經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)積累,內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)品已由DIP、SOP、SOT、QFP等產(chǎn)品向QFN/DFN、BGA、CSP、FC、TSV、LGA、WLP等技術(shù)更先進(jìn)的產(chǎn)品發(fā)展,并且在WLCSP、FC、BGA?和?TSV?等技術(shù)上取得較為明顯的突破,產(chǎn)量與規(guī)模不斷提升,逐步縮小與外資廠商之間的技術(shù)差距,極大地帶動(dòng)我國(guó)封裝測(cè)試行業(yè)的發(fā)展。
國(guó)內(nèi)封測(cè)企業(yè)三梯隊(duì)中,第一梯隊(duì)企業(yè)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域在TSV?已有布局
我國(guó)頭部封測(cè)企業(yè),如長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技、晶方科技已有采用TSV技術(shù)封裝的產(chǎn)品批量出貨。2.5D/3D封裝所需的晶圓內(nèi)部的加工如TSV加工,硅轉(zhuǎn)接板加工等工序?qū)儆诰A廠擅長(zhǎng)制程,而晶圓,裸芯片(Die)之間的高密度互聯(lián)和堆疊,以及和基板,接點(diǎn)的互聯(lián)技術(shù)屬于芯片后道成品制造環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用于CoWoS等2.5D/3D先進(jìn)封裝中的TSV技術(shù)對(duì)深寬比等有更高要求,需要用到諸多前道設(shè)備,仍多由晶圓廠來(lái)完成。國(guó)內(nèi)封測(cè)廠則在先進(jìn)封裝平臺(tái)、CIS封裝等領(lǐng)域?qū)?TSV技術(shù)有所布局。長(zhǎng)電科技的XDFOI技術(shù)平臺(tái)有?TSV less和TSV方案。通富微電?2021?年在高性能計(jì)算領(lǐng)域建成了?2.5D/3D?封裝平臺(tái)(VISionS)及超大尺寸?FCBGA研發(fā)平臺(tái),并完成高層數(shù)再布線(xiàn)技術(shù)開(kāi)發(fā),可為客戶(hù)提供晶圓級(jí)和基板級(jí)Chiplet?封測(cè)解決方案;在存儲(chǔ)器領(lǐng)域,多層堆疊NAND Flash?及LPDDR封裝實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn),并在國(guó)內(nèi)首家完成基于TSV?技術(shù)的3DS DRAM?封裝開(kāi)發(fā)。華天科技工業(yè)級(jí)12?吋?TSV-CIS?產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。晶方科技應(yīng)用晶圓級(jí)硅通孔(TSV)封裝技術(shù),聚焦以影像傳感芯片為代表的智能傳感器市場(chǎng),封裝的產(chǎn)品主要包括CIS芯片、TOF芯片、生物身份識(shí)別芯片、MEMS?芯片等,應(yīng)用于智能手機(jī)、安防監(jiān)控數(shù)碼、汽車(chē)電子等市場(chǎng)領(lǐng)域。
頭部封測(cè)企業(yè)量產(chǎn)主要封裝形式
編輯:黃飛
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評(píng)論