先进封装火热背后，材料市场不容忽视！
2024-03-26
19:33:44
来源: 互联网
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半个多世纪以来，微电子技术遵循着“摩尔定律”快速发展。
根据摩尔定律，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍，即“处理器性能大约每两年翻一倍，同时价格下降为之前的一半”。
随着制造工艺的提升，集成电路的晶体管尺寸从微米级降至纳米级，集成度从几十个晶体管增加到数十亿晶体管。然而，物理尺寸缩小濒临极限带来的量子隧穿效应、原子级加工工艺等问题成为制约摩尔定律延续的重要因素，并且每代工艺之间的性能提升幅度越来越小。
物理性能接近极限，与历史速率相比，一个完全规模工艺节点的更新周期逐渐延长。英特尔CEO基辛格表示“摩尔定律”的节奏正在放缓至三年。
这就导致，开发先进制程芯片的性能增长边际成本急剧上升，投入产出比逐渐降低。
在摩尔定律减速的同时，计算需求却在暴涨。随着人工智能、自动驾驶、5G、云计算等新兴技术的快速发展，对算力芯片的效能要求越来越高。
多重挑战和趋势下，半导体行业开始探索新的发展路径。
其中，先进封装成为一条重要赛道，在提高芯片集成度、缩短芯片距离、加快芯片间电气连接速度以及性能优化的过程中扮演了重要角色。
根据市场调研机构Yole数据预测，全球先进封装市场规模将由2022年的443亿美元，增长到2028年的786亿美元，年复合成长率为10.6%，成为封测市场贡献的主要增量。
巨大市场潜力之下，这个传统上属于OSAT和IDM的领域，如今开始涌入来自不同商业模式的玩家，包括晶圆代工厂、EMS厂商等纷纷抢滩，积极布局先进封装技术。
产业链企业齐头涌入，说明先进封装技术不可或缺的同时，也给上游材料市场带来了增量空间：从传统封装到SiP、2.5D、3D等先进封装，技术迭代需要更多工艺环节，对先进封装材料的需求增加。以及受益于算力芯片需求、半导体行业回暖、业内大厂扩产先进封装产能等因素，将带动上游材料需求快速增长。
能够看到，随着先进封装技术不断创新，市场参与者和商业模式正在不断扩大和演变，这一领域正在迸发出新的挑战和机遇。
材料厂商，走到舞台中央
然而，市场的蓬勃发展也对封装材料提出了新的要求。
在近日召开的2024年SEMICON China展会上，贺利氏电子先进电子材料中国区业务开发经理刘锡锋表示，半导体市场正在持续变革，5G、人工智能和高性能计算等大趋势将继续发挥重要作用。
贺利氏电子先进电子材料中国区业务开发经理刘锡锋
先进封装技术通过优化芯片间互连，在系统层面实现算力、功耗和集成度等方面的提升，但随着芯片尺寸的减小和SoC、多芯片集成技术的发展，封装朝着小型化、多引脚、高集成的方向不断演进。
在这个过程中，催生了新的材料需求，并且材料性能对先进封装工艺的影响程度在大幅提升，先进封装材料成为了支撑先进封装产业链发展的关键。
对此，贺利氏电子作为电子行业内知名的封装技术材料制造商，能够为客户提供从材料、材料系统到组件，到全方位技术服务的完整产品组合，展示提升器件性能的创新材料方案，以满足半导体行业大趋势的需求。
在本次展会现场，贺利氏电子带来了诸多亮点产品。
据刘锡锋介绍，贺利氏电子专注于封装过程中内部互连所需要的电子材料，能够提供全方位的整体解决方案，无论是在传统封装还是系统级封装（SiP）、倒装（FC）等先进封装领域都有对应的产品方案。
先进封装材料，迎来新突破
比如锡膏，就是贺利氏电子的优势产品之一。
众所周知，在“性能更强、尺寸更小”的行业趋势的不断推动下，进一步提升了封装技术的复杂性和功能性。先进封装中的元件数量持续增加，而封装尺寸却在缩小。在更小的空间内发挥更大的功能，成为电子市场的技术挑战。为了满足当前电子行业的需求，亟需能够创造出几无缺陷的可靠微型接头的焊接材料。
为了应对这些挑战，贺利氏电子推出了采用领先技术的新型Welco AP520 7号粉水溶性印刷锡膏，专为应对小型化趋势而设计，它可以创造出近零缺陷的可靠微型焊接。
据介绍，AP520无飞溅、空洞率低，在最小90µm的细间距应用中具有出色的脱模性能，是用于5G通信、智能穿戴设备和电动汽车等领域的下一代系统级封装应用中细间距无源器件和倒装芯片贴装的理想之选。
此外，借助Welco AP520 7号粉锡膏，倒装芯片和表面贴装器件焊盘可实现一体化印制，从而简化SiP封装加工步骤，减少固定资产投资和材料成本，同时消除因基板翘曲和/或倒装芯片放置不均导致的焊接中常见的冷焊空焊虚焊等缺陷。
刘锡锋指出，贺利氏电子的锡膏产品有别于行业友商。相较于其他厂商从传统SMT过渡过来的发展模式，贺利氏电子则是直面芯片小型化对锡膏材料规格日益提高的挑战，主打狭小间距下的工艺条件。
经过多年深耕，贺利氏电子如今在SiP封装材料领域已占据全球主导地位，其锡膏类产品可以在狭小空间进行作业和生产，且保障品质和稳定性。
同时，为了在SiP应用中得到一致的优异细间距印刷性能，锡膏的特性如锡粉粒径集中度、助焊剂配方、流变性、抗坍塌等特性都很关键，都需要被仔细考虑。
其中，对于锡膏流变性和抗坍塌性的平衡是配方设计的重点，这也是贺利氏电子的强项所在。
在本次展会，贺利氏电子带来的AP500X水溶性助焊剂，适用于微凸点间距倒装芯片焊接和BGA封装。这款新型助焊剂是一种水溶性零卤素粘性助焊剂，特别是在Cu-OSP表面具有出色的润湿性能，在消除虚焊、爬锡、芯片移位、空洞、底充胶分层等缺陷方面发挥了重要作用，适用于高性能计算、内存、移动设备等应用的先进半导体封装。
此外，贺利氏电子的高级封装产品采用第5级至第8级的精细粉末，专利工艺Welco确保了独特的粉体特性：Welco粉末具有超低氧携带量和极佳的球形度，可适用于细间距应用（低至90µM）。
传统封装材料，迸发新生机
与此同时，在传统封装领域，贺利氏电子在广泛的布局基础上进行新的创新。
以键合线为例，键合线是芯片内电路输入输出连接点与引线框架的内接触点之间，实现电气连接的微细金属丝，是半导体封装几大必须基础材料之一，广泛应用于集成电路、分立器件、光电器件和功率器件的封装。作为芯片与引线框架之间内引线，键合线效果的好坏直按影响集成电路的性能。
根据材质不同，键合线分为金线、银线、铜线、铝线，以及复合键合线等，从当前行业现状来看，金线凭借独特的金属化学稳定性和极具作业效率的工艺应用优势，仍是很多器件生产中高度依赖的引线键合材料，尤其是存储类产品。随着电子设备不断地更新换代，其对内存容量的需求越来越高，半导体厂商对于降低生产成本的需求也越来越迫切。尤其是在当前金价不断攀升的趋势下，问题愈发突出。
对此，贺利氏电子在金线制品上有了新的迭代和创新——镀金银线，这也是今年展会上主打的特色产品之一。
刘锡锋强调，贺利氏电子是目前市面上为数不多能提供所有材质键合线的供应商。而贺利氏电子本次生产的AgCoat Prime可替代金线是一款表面镀金的银线，具有堪比金线的结合性与可靠性，尤其是在高温存储测试（HTS）中，金包银线比传统金线更有优势，给产品带来更高的可靠性表现。此外，键合过程中不需要惰性气体，因此厂商无需对生产设备和设施进行投资或改造，可帮助半导体厂商显著降低净成本。
AgCoat Prime可替代金线被视为竞争激烈的存储器件、LED和高端智能卡市场的理想选择。这种镀金银线能够以更低的成本确保高性能。而且，贺利氏电子会为客户提供全方位的支持，帮助其优化AgCoat Prime的实际应用。
据悉，AgCoat Prime自去年正式推向市场以来，已经与多家客户展开了材料验证工作，国内外很多存储原厂已经成为或即将成为合作客户。
贺利氏电子开发的AgCoat Prime是一款既能降低成本又能保持高性能的可行解决方案。作为领先的键合线供应商，贺利氏电子在为存储器件市场客户提供新型解决方案方面再次走在了前面。
综合来看，贺利氏电子不仅拥有将不同材料整合到一个完整系统中所需的专业技术知识，而且对如何优化材料及材料组合也有着深刻理解。通过将创新产品组合、强大应用能力和全面材料专业知识相结合，支持客户实现自己的开发目标，帮助客户节省时间成本，缩短产品开发周期。
贺利氏电子，厚积薄发
不难看到，无论是随着传统封装向先进封装的快速演进，还是AI、自动驾驶、高性能计算等技术的兴起，作为材料解决方案专家，贺利氏电子始终能够紧随技术浪潮，保持创新活力。
刘锡锋对此表示，贺利氏电子是一个以研发为主导的企业，带着观察的眼睛，观察市场、观察客户，从中发现现存的挑战，进而尝试把挑战转化为机会。
而要实现这个商业模式和目标的背后，归功于贺利氏电子具备强大的研发团队优势，可以迅速交付创新性的优质产品和服务给到客户，与合作伙伴携手一同在技术变革的浪潮中勇往直前。
另一方面，面对中国半导体材料行业的国产替代趋势，刘锡锋希望看到中国本土产业链蓬勃发展。他认为，在良性的竞争环境下，有压力才有动力。相比行业友商，贺利氏电子作为一家国际型公司，其优势和信心在于它不仅仅是提供产品本身，更多的是跟客户分享在海外的项目成果和成功经验，更好的帮助客户解决挑战，缩短产品落地周期。这个价值是国内友商无法取代和替代的。
与此同时，贺利氏电子也在积极进行中国本土化布局，在上海设立了创新中心和研发实验室。国内还有多个生产基地，旨在实现产品的本地研发、本地生产、本地销售。
据了解，贺利氏电子上海创新中心是于2018年揭牌成立，当时的主要想法是要实现“China for China”，这是贺利氏电子非常重要的一项战略，其内涵包括本土化生产、销售以及更为关键的本土化研发。
在上海创新中心，从事电子材料系统的研发和测试，将内部研发与面向客户的工程服务相辅相成。刘锡锋向笔者表示：“贺利氏电子正在从一个传统的材料制造商，变成材料解决方案的提供商，本地化的应用中心、创新中心能把我们的技术直接在实验室里去呈现，为客户提供芯片组装以及元器件焊接和测试等服务，让客户更直观的了解到材料工艺统筹方案的赋能价值，大幅缩短客户的研发周期。”
“上海创新中心的目标是希望在研发初期阶段就能为客户提供更多的建议，从而帮助客户有针对性地优化每一步的工艺，缩短研发进程并提高产品首次成功率，快速导入市场。”他补充道。
经过多年发展，上海创新中心如今在功率半导体、新型显示技术等领域的研发水平已经走在了全球前沿，正在从“China for China”迈向“China for Global”，不少成果已经在贺利氏海外基地投产，广泛服务于国际客户。
此外，贺利氏还在江苏常熟、山东招远等地建立了生产工厂，并随着行业发展持续增加投资、启用新的生产设施，充分践行“在中国，为中国”理念，旨在打造中国本土供应链，贴近客户，对客户需求做出快速反应，更好为中国市场服务。
不难发现，中国作为最重要的市场之一，贺利氏电子正在聚焦客户需求，发挥贺利氏全球视野与本土创新相结合的优势，助推中国半导体市场焕发新生。
封装材料的下一个突破点
当前，先进封装市场正快速发展，产业链厂商都在时刻关注先进封装产业趋势变化，从而厘清产业变化的增量环节。
先进封装材料是先进封装产业链核心上游，先进封装技术的发展离不开封装材料的支撑。
尤其是在AI、5G、新能源、电动汽车等蓬勃发展的今天，半导体芯片轻量化、高集成化的趋势愈发明显，对封装提出了更严苛的要求。
在此趋势下，贺利氏电子将继续带着“观察”的眼睛，尝试攻克下一个业界面临的挑战。
刘锡锋认为，中国大陆目前在先进封装工艺中略显薄弱，更多高端先进工艺仍被海外玩家掌握。以台积电CoWos为例，其优势在前半段“Chip on Wafer”，而中国厂商的发力点大多是在“Wafer on Substrate”。在此情形下，国内市场和企业应着眼当下，立足Wafer on Substrate，着眼向Chip on Wafer发展，争取能够跻身到前道工艺的玩家阵营。
面对未来，贺利氏电子在传统封装材料方面保持推陈出新，帮助客户降低成本，更新替代方案的同时，也将加强在先进封装领域的布局，洞察市场在先进封装过程中面临的共性挑战。比如芯片级热界面材料（TIM1），目前存在气泡控制、空隙管理等方面的挑战，业界尚没有更好的解决方案。贺利氏电子接下来将以TIM1材料为发力点，试图解决行业痛点。
同时，也将向2.5D、3D等更先进的封装类型靠拢，旨在通过材料上的变革，给客户全新的解决方案，攻坚克难。
除此之外，在碳中和、碳达峰的大背景下，贺利氏电子也率先开展了创新实践，为了积极响应可持续发展倡议，贺利氏电子推出了采用100%再生金制成的键合金线和采用100%再生锡制成的Welco焊锡膏系列产品。贺利氏电子通过在产品中加入再生锡或再生金，显著降低能耗和碳足迹，为环境的可持续发展做出贡献。
据刘锡锋介绍，由再生锡配制的焊锡膏和由矿产锡配制的焊膏在质量上并无二致。在加工成最终产品之前，无论是再生金还是矿产金都要经历同样严格的精炼过程，从而确保产品成分一致、特性相同。
在性能不减的情况下，对比自然采矿和冶炼获取相同重量的产品，再生锡产品能带来800倍碳排放的降低，再生金带来300倍的降低，帮助客户有效完成碳中和、碳达标的指标。
这项举措，进一步体现了贺利氏电子对于低碳环保的承诺与践行，彰显出其推进半导体产业绿色发展的决心与努力。
写在最后
后摩尔时代，从系统应用为出发点，不执着于晶体管的制程缩小，而更应该将各种技术进行异质整合的先进封装技术成为“超越摩尔”的重要路径。先进封装正成为助力系统性能持续提升的重要保障，并满足“轻、薄、短、小”和系统集成化的需求。
作为未来半导体制造的主要技术路径之一，先进封装的发展进一步对材料行业提出了更高的技术要求和体量上的驱动。在此趋势下，材料供应商正逐步走到舞台中央，扮演起更重要的角色。
贺利氏电子凭借在封装材料方面的优势，率先赢得市场先机。面对未来，贺利氏还将不断推陈出新，以前瞻性的视野和技术创新，积极应对行业挑战，助推先进封装再上新台
责任编辑：sophie
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