文档介绍：该【半导体封装设备行业深度：后摩尔时代封装技术快速发展，封装设备迎国产化机遇 】是由【琥珀】上传分享，文档一共【102】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【半导体封装设备行业深度：后摩尔时代封装技术快速发展，封装设备迎国产化机遇 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。目录3传统&先进封装设备有一定重合(减薄/划片/固晶/键合),增量主要在于前道图形化设备2半导体封装概览:后摩尔时代渐进,先进封装快速发展154 本土重点公司他山之石可以攻玉,海外龙头经验借鉴36风险提示投资建议数据来源:半导体行业观察,东吴证券研究所封装的核心是实现芯片和系统的电连接。芯片封装是指将芯片密封在塑料、金属或陶瓷等材料制成的封装体内,使芯片与外部环境之间建立一道屏障,保护芯片免受外部环境影响,同时封装还提供了一个接口,使芯片能够与其他电子元件进行连接,以实现信息的输入输出。封装经历硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、芯片互连、成型、去飞边毛刺、切筋打弯、上焊锡、打码等多道工艺流程。主要功能包括保护芯片、增强热稳定性、提供机械支撑、确保电气连接等。封装工艺可分为0级到3级封装等四个不同等级,一般主要涉及晶圆切割和芯片级封装。0级封装为晶圆(Wafer)切割,1级封装为芯片(Die)级封装,2级封装负责将芯片安装到模块或电路卡上,3级封装将附带芯片和模块的电路卡安装到系统板上。4图:半导体封装工艺等级图:半导体封装的主要作用数据来源:《先进封装技术的发展与机遇》,东吴证券研究所5封装逐步朝着高速信号传输、堆叠、小型化、低成本、高可靠性、散热等方向发展。(1)高速信号运输:人工智能、5G等技术在提高芯片速度的同时还需要提升半导体封装技术,从而提高传输速度;(2)堆叠:过去一个封装外壳内仅包含一个芯片,而如今可采用多芯片封装(MCP)和系统级封装(SiP)等技术,在一个封装外壳内堆叠多个芯片;(3)小型化:随着半导体产品逐渐被用于移动甚至可穿戴产品,小型化成为一项重要需求。图:集成电路发展路线图数据来源:艾森半导体招股说明书,东吴证券研究所6?封装技术大致可分为传统封装和先进封装两类,进入后摩尔时代先进封装技术快速发展。传统封装主要是用引线框架承载芯片的封装形式,而先进封装引脚以面阵列引出,承载芯片大都采用高性能多层基板。随着先进制程工艺逐渐逼近物理极限,越来越多厂商的研发方向由“如何把芯片变得更小”转变为“如何把芯片封得更小”,先进封装技术得到快速发展。表:传统封装及先进封装具体的封装形式分类阶段起始时间封装形式具体典型的封装形式传统封装第一阶段20世纪70年代以前通孔插装型封装晶体管封装(TO)、陶瓷双列直插封装(CDIP)、塑料双列直插封装(PDIP)、单列直插式封装(SIP)等第二阶段20世纪80年代以后表面贴装型封装塑料有引线片式载体封装()、塑料四片引线扁平封装(PQFP)、小外形表面封装(SOP)先进封装第三阶段20世纪90年代以后球栅阵列封装(BGA)塑料焊球阵列封装(PBGA)、陶瓷焊球阵列封(CBGA)、带散热器焊球阵列封装(EBGA)、倒装芯片焊球阵列封装(FC-BGA)晶圆级封装(WLP)第四阶段20世纪末开始多芯片组封装多层陶瓷基板(MCM-C)、多层薄膜基板(MCM-D)、多层印制板(MCM-L)(MCM)系统级封装(SiP)、芯片上制作凸点(Bumping)第五阶段21世纪前10年开始晶圆级系统封装-硅通孔(TSV)、扇出型集成电路封装(Fan-Out)等数据来源:半导体行业观察,东吴证券研究所传统封装需要依靠引线将晶圆与外界产生电气连接。将晶圆切割为晶粒后,使晶粒贴合到相应的基板架上,再利用引线将晶片的接合焊盘与基板引脚相连,实现电气连接,最后用外壳加以保护。传统封装大致可以分为通孔插装类封装以及表面贴装类封装。20世纪70年代人们通常采用双列直插式封装(DIP)或锯齿型单列式封装(ZIP)等通孔型技术,即将引线插入到印刷电路板(PCB)的安装孔中;后来,随着引脚数量的不断增加以及PCB设计的日趋复杂,通孔插孔技术的局限性也日益凸显,薄型小尺寸封装(TSOP)、四方扁平封装(QFP)和J形引线小外形封装(SOJ)等表面贴装型技术陆续问世。7表:传统封装可分为通孔插装类封装和表面贴装类封装图:通孔型和表面贴装型的封装形式对比通孔插装类封装(THP)表面贴装类封装(SMP)引脚数量除PGA外,一般不超过100;PGA不超过500最多可达1000以上(如BGA)封装密度与SMP相比,当具有相同的引脚数量时,封装面积较大,质量较大。芯片面积占封装面积比小,通常在1:10以下与THP相比,当具有相同的引脚数量时,SMP的封装面积为THP的25%-40%,其质量为THP的5%-15%。芯片面积占封装面积比最大可超过1:,非常接近1:1电性能寄生电感、电阻和电容大,信号传输慢寄生电感、电阻和电容小,信号传输快自动化生产体积大,,需要多种插装机体积小,质量小,贴装更容易生产成本材料成本高,生产效率低材料成本低,生产效率高可靠性焊点缺陷率高焊点缺陷率低50%以上数据来源:SiP与先进封装技术,东吴证券研究所先进与传统封装的最大区别在于芯片与外部系统的电连接方式,省略了引线的方式,采取传输速度更快的凸块、中间层等。先进封装的四要素包括RDL(再分布层技术)、TSV(硅通孔)、Bump(凸块)、Wafer(晶圆),任何一款封装如果具备了四要素中的任意一个,都可以称之为先进封装。在先进封装的四要素中,RDL起着XY平面电气延伸的作用,TSV起着Z轴电气延伸的作用,Bump起着界面互联和应力缓冲的作用,Wafer则作为集成电路的载体以及RDL和TSV的介质和载体。下文我们重点讨论凸块(Bump)、倒装(FlipChip)、晶圆级封装(Waferlevelpackage)、再分布层技术(RDL)和硅通孔(TSV)。8图:先进封装的四要素包括RDL(再分布层技术)、TSV(硅通孔)、Bump(凸块)、Wafer(晶圆)图:根据四要素的先进性排序为Bump、RDL、Wafer、TSV数据来源:SiP与先进封装技术,半导体材料与工艺,东吴证券研究所9表:不同类型的凸块凸块种类主要特点应用领城金凸块由于金具有良好的导电性、机械加工性(较为柔软)及抗腐蚀性,因此金凸块具有密度大、低感应、散热能力佳、材质稳定性高等特点,但金凸块原材料成本高。主要应用于显示驱动芯片、传感器、电子标签等产品封装。铜镍金凸块铜镍金凸块可适用于不同的封装,可提高键合导电性能、散热性能、减少阻抗,大大提高了引线键合的灵活性虽原材料成本较金凸块低,但工艺复杂制造成本相对高。目前主要用于电源管理等大电流、需低阻抗的芯片封装。铜柱凸块铜柱凸块具有良好电性能和热性能具备窄节距的优点。同时可通过增加介电层或RDL提升芯片可靠性。应用领域较广,主要应用于通用处理器、图像处理器、存储器芯片、ASIC、FPGA、电源管理芯片、射频前端芯片、基带芯片、功率放大器、汽车电子等产品或领域。锡凸块凸块结构主要由铜焊盘和锡帽构成,一般是铜柱凸块尺寸的3~5倍球体较大,可焊性更强。应用领域较广,主要应用于图像传感器、电源管理芯片、高速器件、光电器件等领域。(1)凸块(Bump):是在芯片上制作凸块,通过在芯片表面制作金属凸块提供芯片电气互连的“点”接口,广泛应用于FC、WLP等先进封装。经过多年的发展,凸块制作的材质主要有金、铜、铜镍金、锡等,不同金属材质适用于不同芯片的封装。图:凸块替代原有的引线将芯片与基底进行连接10数据来源:《基于先进封装的铜柱凸块技术》,东吴证券研究所? 铜柱凸块(CuPillar)制造流程主要包括UBM溅射、厚胶光刻、电镀、去胶和UBM刻蚀等工序。①采用溅射或其他PVD的方式在晶圆表面沉积一层铜作为电镀的种子层;②在晶圆表面涂一定厚度的光刻胶并光刻出所需图形;③对晶圆进行电镀,通过控制电镀电流大小、电镀时间等,从光刻胶开窗图形底部生长并得到一定厚度的金属层;④去除多余光刻胶。图:铜柱凸块制造工艺流程数据来源:三星,东吴证券研究所? (2)倒装(FlipChip,FC):通过将芯片颠倒封装在基板上,芯片与外部系统主要通过焊球或凸块实现链接,封装更为紧凑。具体来看,FC是在I/Opad上沉积锡铅球,然后将芯片翻转加热,利用熔融的锡铅球与陶瓷基板相结合,当前主要应用于CPU、GPU及芯片组等产品,CPU及内存条等电子产品是最常见的应用倒装芯片技术的器件。与传统的引线键合相比,FC的芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,在封装密度和处理速度上FC显著高于引线键合技术,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工。11图:倒装封装利用焊球或凸块实现电连接图:倒装封装工艺流程? (3)晶圆级封装(Wafer-levelpackaging,WLP):不同于传统封装工艺,WLP在芯片还在晶圆上的时候就对芯片进行封装,保护层可以黏接在晶圆的顶部或底部,然后连接电路,再将晶圆切成单个芯片。晶圆级芯片封装又可分为扇入型(Fan-inWLP)和扇出型(Fan-outWLP),扇入型将导线和锡球固定在晶圆顶部,而扇出型则将芯片重新排列为模塑晶圆,二者最大的区别在于扇出型引脚数多于扇入型、封装尺寸较大,在大批量生产时,扇入型通常比扇出型更经济,因为制造过程相对简单,然而如果需要更高的I/O引脚数量或更复杂的设计,扇出型可能是更好的选择。WLP已广泛用于闪速存储器、EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驱动器、射频器件、逻辑器件、电源/电池管理器件和模拟器件(稳压器、温度传感器、控制器、运算放大器、功率放大器)等领域。12图:晶圆级封装(下)与传统封装(上)的区别数据来源:半导体行业观察,东吴证券研究所图:晶圆级芯片封装又可分为扇入型(Fan-inWLP)和扇出型(Fan-outWLP)