2021年半导体封测行业研究报告

2021年半导体封测行业研究报告
一、半导体封测行业概述
半导体的生产过程可分为晶圆制造工序(Wafer Fabrication)、封装工序(Packaging)、测试工序(Test)等几个步骤。其中晶圆制造工序为前道(Front End)工序,而封装工序、测试工序为后道(Back End)工序。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。测试是指利用专业设备,对产品进行功能和性能测试,测试主要分为中测和终测两种。
(一)处于半导体产业链下游
半导体是电子终端产品的关键组成部分,产业链可分为设计、制造、封测三大环节。半导体设计人员根据需求完成电路设计和布线,晶圆厂在晶圆上完成这些电路的制造,刻好电路图的晶圆再送到封测厂进行封装和测试,检测合格的产品便可应用于终端产品中。
半导体企业的经营模式可分为垂直整合和垂直分工两大类。采用垂直整合模式(Integrated Device Manufacturer,IDM)的企业可以独立完成芯片设计、晶圆制造、封装和测试等生产环节,代表企业包括英特尔、三星等。垂直分工模式为Fabless设计+Foundry制造
+OSAT封测。Fabless 芯片设计公司采用无晶圆厂模式,只负责研发设计和销售,将晶圆制造、封装、测试外包出去,代表企业包括高通、英伟达等;Foundry 晶圆代工厂仅负责晶圆制造,代表企业包括台积电、中芯国际等;OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Testing)为外包封测企业,仅负责封装测试环节,代表企业包括日月光、安靠、长电科技等。
(二)封测行业市场规模
根据 Yole 的数据,全球封测行业市场规模保持平稳增长,预计从 2019 年的 680 亿美元增长到 2025 年的850 亿美元,年均复合增速约 4%。根据中国半导体行业协会的数据,中国封测行业市场规模从 2011 年的 976 亿元增长到了 2019 年的 2350 亿元,年均复合增速约
11.6%,显著高于全球增速。
二、封测技术及发展方向
(一)封测生产流程
晶圆代工厂制造完成的晶圆在出厂前会经过一道电性测试,称为晶圆可接受度测试(Wafer Acceptance Test,WAT),WAT 测试通过的晶圆被送去封测厂。封测厂首先对晶圆进行中测(Chip Probe,CP)。由于工艺原因会引入各种制造缺陷,导致晶圆上的裸 Die 中会有一定量的残次品, C
P 测试的目的就是在封装前将这些残次品出
来,缩减后续封测的成本。在完成晶圆制造后,通过探针与芯片上的焊盘接触,进行芯片功能的测试,同时标记不合格芯片并在切割后进行筛选。CP 测试完成后进入封装环节,封装工艺流程一般可以分为两个部分,用塑料封装之前的工艺步骤称为前段操作,在成型之后的工艺步骤称为后段操作。基本工艺流程包括晶圆减薄、晶圆切割、芯片贴装、固化、芯片互连、注塑成型、去飞边毛刺、上焊锡、切筋成型、打码等。因封装技术不同,工艺流程会有所差异,且封装过程中也会进行检测。封装完成后的产品还需要进行终测(Final Test,FT),通过 FT 测试的产品才能对外出货。
(二)半导体封装类型
根据封装材料的不同,半导体封装可分为塑料封装、金属封装、陶瓷封装和玻璃封装。塑料封装是通过使用特制的模具,在一定的压力和温度条件下,用环氧树脂等模塑料将键合后的半成品封装保护起来,是目前使用最多的封装形式。金属封装以金属作为集成电路外壳,可在高温、低温、高湿、强冲击等恶劣环境下使用,较多用于军事和高可靠民用电子领域。陶瓷封装以陶瓷为外壳,多用于有高可靠性需求和有空封结构要求的产品,如声表面波器件、带空气桥的 GaAs 器件、MEMS 器件等。玻璃封装以玻璃为外壳,广泛用于二极管、存储器、LED、MEMS
传感器、太阳能电池等产品。其中金属封装、陶瓷封装和玻璃封装属于气密性封装,能够防止水汽和
其他污染物侵入,是高可靠性封装;塑料封装是非气密性封装。
根据封装互连的不同,半导体封装可分为引线键合(适用于引脚数 3-257)、载带自动焊(适用于引脚数12-600)、倒装焊(适用于引脚数 6-16000)和埋入式。引线键合是用金属焊线连接芯片电极和基板或引线框架等。载带自动焊是将芯片上的凸点与载带上的焊点焊接在一起,再对焊接后的芯片进行密封保护的一种封装技术。倒装焊是在芯片的电极上预制凸点,再将凸点与基板或引线框架对应的电极区相连。埋入式是将芯片嵌入基板内层中。
根据与 PCB 连接方式的不同,半导体封装可分为通孔插装类封装和表面贴装封装。通孔插装器件是 1958 年集成电路发明时最早的封装外形,其外形特点是具有直插式引脚,引脚插入PCB 上的通孔后,使用波峰焊进行焊接,器件和焊接点分别位于 PCB 的两面。表面贴装器件是在通孔插装封装的基础上,随着集成电路高密度、小型化及薄型化的发展需要而发明出来的,一般具有“L”形引脚、“J”形引脚、焊球或焊盘(凸块),器件贴装在 PCB 表面的焊盘上,再使用回流焊进行高温焊接,器件与焊接点位于 PCB 的同一面上。
目前,引线键合技术因成本相对低廉,仍是主流的封装互联技术,但它不适合对高密度、高频有要求的产品。倒装焊接技术适合对高密度、高频及大电流有要求的产品,如电源管理、智能终端的处理器等。TAB 封装技术主要应用于大规模、多引线的集成电路的封装。
(三)先进封装是后摩尔时代的必然选择
1、封装技术发展史
封装技术的发展需要满足电子产品小型化、轻量化、高性能等需求,因此,封装技术过去和未来的发展趋势均是高密度、高脚位、薄型化、小型化。根据《中国半导体封装业的发展》,半导体封装技术的发展历史可大致分为以下五个阶段:
第一阶段:20 世纪 70 年代以前(通孔插装时代),封装技术是以 DIP 为代表的针脚插装,特点是插孔安装到 PCB 板上。这种技术密度、频率难以提高,无法满足高效自动化生产的要求。
第二阶段:20 世纪 80 年代以后(表面贴装时代),用引线替代第一阶段的针脚,并贴装到 PCB 板上,以 SOP 和 QFP 为代表。这种技术封装密度有所提高,体积有所减少。
第三阶段:20 世纪 90 年代以后(面积阵列封装时代),该阶段出现了 BGA、CSP、WLP 为代表的先进封装

本文发布于:2024-09-20 22:38:48,感谢您对本站的认可!

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