2022年半导体封装行业研究报告

2022年半导体封装行业研究报告
一、先进封装简介:方向明确,景气向上
1.1摩尔定律逼近极限,先进封装应运而生
封装是指将生产加工后的晶圆进行切割、焊线塑封,使电路与外部器件实现连接,并为半导体产品提供机械保护,使其免受物理、化学等环境因素损失的工艺。
半导体封装技术发展历程:第一阶段(20世纪70年代之前)通孔插装时代:典型的封装形式包括最初的金属圆形(TO型) 封装、双列直插封装(DIP)等;第二阶段(20世纪80年代以后)表面贴装时代:从通孔插装型封装向表面贴装型封装的转变,从平面两边引线型封装向平面四边引线型封装发展; 第三阶段(20世纪90年代以后)面积阵列封装时代:从平面四边引线型向平面球栅阵列型封装发展,引线技术从金属引线向微型段焊球方向发展。
先进封装应运而生:在“后摩尔时代”,行业从过去着力于晶圆制造技术节点的推进,逐渐转向封装技术的创新。先进封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值,还能有效降低成本,成为延续摩尔定律的重要路径。
先进封装定义:采用了先进的设计思路和先进的集成工艺,对芯片进行封装级重构,并且能有效提系统
高功能密
度的封装技术。现阶段先进封装主要是指倒装焊(Flip Chip)、晶圆级封装 (WLP) 、2.5D封装(Interposer)、3D封装(TSV)等。
1.2先进封装是国内半导体产业突破封锁的重要方式
先进封装是国内半导体产业突破封锁的重要方式:半导体是中国卡脖子问题,美国遏制中国发展先进技术的政策,长期不会改变。先进封装可在现有技术节点下,进一步提升芯片性能,是国内半导体企业突破封锁的重要方式。
1.3先进封装市场规模有望持续增长
先进封装市场规模:据 Yole 数据,2021 年全球封装
市场规模约达 777 亿美元。其中,先进封装全球市场规模约 350 亿美元,预计到 2025 年先进封装的全球市场规模
将达到 420 亿美元,2019-2025 年全球先进封装市场的CAGR 约 8%。相比同期整体封装市场 (CAGR=5%)和传统封装市场,先进封装市场增速更为显著。
先进封装占比:倒装占比最高,3D封装预计增长最快。从晶圆数来看,根据Yole和集微咨询数据,2019 年约2900 万片晶圆采用先进封装,到2025 年增长为4300 万片,年
均复合增速为7%。(折合成12寸)。
二、先进封装工艺与设备详解
2.1半导体封装工艺
封装可分为四级,即芯片级封装(0级封装)、元器件级封装(1级封装)、板卡级组装(2级封装) 和整机组装(3级封装)。通常0级和1级封装称为电子封装,2级和3级封装称为电子组装。0级封装:裸芯片电极的制作、引线的连接等均在硅片之上完成,暂与基板无关;1级封装:经0级封装的单芯片或多芯片在封装基板(普通基板、多层基板、HDI 基板)上的封装,构成集成电路模块(或元件)。即芯片在各类基板(或中介板)上的装载方式;2级封装:集成电路(IC元件或IC块)片在封装基板(普通基板、多层基板、HDI基板)上的封装,构成板或卡。;3级封装:将二级封装的组件插到同一块母板上,也就是关于插件接口、主板及组件的互连。封装流程:晶圆减薄、晶圆切割、固晶、键合、注塑成型、切筋成型、打码等。
2.2先进封装工艺梳理
先进封装的特点:1.不采用传统的封装工艺,例如:无Bonding Wire;2封装集成度高,封装体积小;3.内部互联短,系统性能得到提升4单位体积内集成更多功能单元,有效提升系统功能密度。
先进封装工艺:倒装焊(Flip Chip)、晶圆级封装(WLP) 、2.5D封装(Interposer)、3D封装 (TSV)、Chip let等。
扇入型和扇出型封装:WLP 可分为扇入型晶圆级封装(Fan-In WLP)和扇出型晶圆级封装(Fan-Out WLP)两大类:扇入型:直接在晶圆上进行封装,封装完成后进行切割,布线均在芯片尺寸内完成,封装大小和芯片尺寸相同;扇出型:基于晶圆重构技术,将切割后的各芯片重新布置到人工载板上,芯片间距离视需求而定,之后再进行晶圆级封装,最后再切割,布线可在芯片内和芯片外,得到的封装面积一般大于芯片面积,但可提供的I/O 数量增加。
2.5D封装与3D封装。2.5D封装:裸片并排放置在具
有硅通孔(TSV)的中介层顶部。其底座,即中介层,可提
供芯片之间的互联;3D 封装:又称为叠层芯片封装技术,3D 封装可采用凸块或硅通孔技术(Through Silicon Via,TSV),TSV 是利用垂直硅通孔完成芯片间互连的方法,由
于连接距离更短、强度更高,能实现更小更薄而性能更好、密度更高、尺寸和重量明显减小的封装,
而且还能用于异种芯片之间的互连。
SiP:(System in Packag,系统级封装)。SIP是将多种功能芯片,包括处理器、存储器、FPGA等功能芯片集成在
一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。与系统级芯片(System on Chip,SoC)相对应,不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式,而SoC 则是高度集成的芯片产品。
Chiplet :Chiplet 技术是一种通过总线和先进封装技术实现异质集成的封装形式;作用:1.降低单片晶圆集成工艺良率风险,达到成本可控,有设计弹性,可实现芯片定制化;2.Chiplet 将大尺寸的多核心的设计,分散到较小的小芯片,更能满足现今高效能运算处理器的需求;3.弹性的设计方式不仅提升灵活性,且可实现包括模块组装、芯片网络、异构系统与元件集成四个方面的功能。
Chiplet的异构集成与异质集成:异构集成:将多个不同工艺节点单独制造的芯片封装到一个封装内部,可以对采用不同工艺、不同功能不同制造商制造的组件进行封装。例如将不同厂商的7nm、10nm、28nm、45nm的小芯片通过异构集成技术封装在一起;异质集成:将不同材料的半导体器件集成到一个封装内,可产生尺寸小、经济性好、灵活性高、系统性能更佳的产品。如将Si、GaN、SiC、InP生产加工的芯片通过异质集成技术封装到一起,形成不同材料的半导体在同一款封装内协同工作的场景。
2.3典型公司先进封装技术布局

本文发布于:2024-09-21 19:47:19,感谢您对本站的认可!

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