随着我国集成电路国产化进程的加深、下游应用领域的蓬勃发展以及国内封测龙头企业工艺技术的不断进步,国内封测行业市场空间将进一步扩大。
电子封装/组装技术的交叉与融合
① 封装/组装技术的“同”与“异”封装与组装的基本要求都是实现电路的可靠连接,为电路提供电源配置和信号传递,都要求电源完整连续,信号传输流畅、路径简短,不同的只是连接的层次。
图源:《电子封装/组装技术的交叉与融合》——王天曦,王豫明(清华大学 清华-伟创力SMT实验室)
② 组装向封装的扩展随着超大规模集成电路(VLSl)和微型化片式元器件的迅速发展和广泛应用,电子整机进一步实现高性能和微小型化的主要矛盾已经不仅是元器件本身,而是元器件组装和互连形式和方法。为了适应这—发展趋势,在表面组装技术(SMT)的基础上,组装技术正在向模块化、微小型化和三维立体组装技术方向发展,使电子整机在有限空间内组装功能更多、性能更优,集成化程度更高的电子信息系统。
③ 封装/组装技术的交汇现在有些产品的制造既可以先封装后组装,也可以直接组装。例如系统级封装(SiP),既可以由半导体封装厂完成SiP系统封装(可能是BGA,CSP,WLCSP),然后通过SMT将SiP元器件装配到电路板上;也可以在SMT车间进行芯片和其它元器件的2D或3D装配,将SiP系统嵌入到终端产品中。这种技术的集成浓缩和交汇将是未来微小型化、多功能化产品制造的发展趋势。传统的观念认为封装技术属于半导体制造,其尺寸精确度和技术难度高于组装技术,属于高技术范畴,而组装技术则属于工艺范畴。但是在电子产品微小型化和多功能化市场需求的强力推动下,特别是近年兴起的多芯片、模块化的堆叠封装/组装(PiP /PoP,又称3D封装/组装)技术、实质上是封装技术和组装技术综合应用,从而使 “封装”和 “组装”的界限日益模糊,二者正在向着交汇的方向发展。这种技术的融合,在封装领域称为模块化多芯片3D封装,而在组装领域称为微组装(MPT—micro packaging technology),其实二者是殊途同归。
封装技术与组装技术的融合示意图
集成电路封测行业市场现状
受益于人工智能及物联网等新兴行业迅速发展及国产替代效应加剧,下游企业对集成电路的需求强劲,我国封测行业增速较快。数据显示,我国集成电路封测行业市场规模由2017年的1,889亿元增至2020年的2,510亿元,年均复合增长率为9.9%。预计2022年我国集成电路封测行业将达2,985亿元。
资料来源:中商产业研究院整理
近年来,中国封测企业通过海外并购快速积累先进封装技术,先进封装技术已与海外厂商同步,但先进封装产品的营收在总营收的占比与业界巨头企业存在一定差距。国内封测龙头企业江苏长电进入全球前三,市占率达14.0%。
资料来源:中商产业研究院整理
集成电路封测行业发展趋势
1、集成电路进入“后摩尔时代”,先进封装作用突显
在集成电路制程方面,“摩尔定律”认为集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。长期以来,“摩尔定律”一直推动着集成电路制程技术的发展与进步,自1987年的1um制程至2015年的14nm制程,集成电路制程迭代一直符合“摩尔定律”的规律。但2015年以后,集成电路制程的发展进入了瓶颈,7nm、5nm、3nm制程的量产进度均落后于预期。随着台积电宣布2nm制程工艺实现突破,集成电路制程工艺已接近物理尺寸的极限,集成电路行业进入了“后摩尔时代”。“后摩尔时代”制程技术突破难度较大,工艺制程受成本大幅增长和技术壁垒等因素上升改进速度放缓。由于集成电路制程工艺短期内难以突破,通过先进封装技术提升芯片整体性能成为了集成电路行业技术发展趋势。
2、先进封装将成为未来封测市场的主要增长点
随着5G通信技术、物联网、大数据、人工智能、视觉识别、自动驾驶等应用场景的快速兴起,应用市场对芯片功能多样化的需求程度越来越高。在芯片制程技术进入“后摩尔时代”后,先进封装技术能在不单纯依靠芯片制程工艺实现突破的情况下,通过晶圆级封装和系统级封装,提高产品集成度和功能多样化,满足终端应用对芯片轻薄、低功耗、高性能的需求,同时大幅降低芯片成本。因此,先进封装在高端逻辑芯片、存储器、射频芯片、图像处理芯片、触控芯片等领域均得到了广泛应用。
3、系统级封装是先进封装市场增长的重要动力
系统级封装可以把多枚功能不同的晶粒(Die,如运算器、传感器、存储器)、不同功能的电子元器件(如电阻、电容、电感、滤波器、天线)甚至微机电系统、光学器件混合搭载于同一封装体内,系统级封装产品灵活度大,研发成本和周期远低于复杂程度相同的单芯片系统,日益成为先进封装市场增长的重要动力。
4、高密度细间距凸点倒装产品类产品市场兴起
传统WB工艺,芯片通过金属线键合与基板连接,电气面朝上;倒装芯片工艺是指在芯片的I/O焊盘上直接沉积,或通过RDL布线后沉积凸点,然后将芯片翻转,进行加热,使熔融的焊料与基板或框架相结合,芯片电气面朝下。与WB相比,FC封装技术的I/O数多;互连长度缩短,电性能得到改善;散热性好,芯片温度更低;封装尺寸与重量也有所减少。与应用FC技术的SiP芯片不同,FC芯片的沉积凸点更多,密度更大,大大减小了对面积的浪费。相比应用FC技术的SiP芯片来说,FC芯片有着诸多的优势,比如更小的封装尺寸与更快的器件速度。
*本文整理转载自:《电子封装/组装技术的交叉与融合》——王天曦,王豫明(清华大学 清华-伟创力SMT实验室)、中商情报网,文中观点仅供分享交流,版权归原创作者所有
2022年7月13-15日在国家会展中心(上海)即将拉开帷幕的2022慕尼黑上海电子生产设备展(productronica China),不仅仅满足于展示单一设备产品,而是为行业打造从材料、设备到应用技术解决方案的横跨产业上下游的专业展示平台,现场将吸引近800家电子制造行业的创新企业加入,一站式、完整、高效地掌握智能制造与电子创新全产业链上的全球前沿技术与产品。
(慕尼黑上海电子生产设备展)
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