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半导体先进制程争霸战,驱动先进封装成长

发布时间:2022-11-01 08:15:35 浏览:39次 责任编辑:腾盛精密

 

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前言

半导体制造的工艺节点,涉及到多方面的问题,如制造工艺和设备,晶体管的架构、材料等。随着先进节点走向10nm、7nm、5nm,半导体行业逐渐步入后摩尔时代。目前封测行业正在经历从传统封装(SOT、QFN、BGA等)向先进封装(FC、FIWLP、FOWLP、TSV、SIP、3D堆叠等)的转型,先进封装已成为提升电子系统级性能的关键环节。



先进制程三雄争霸


先进制程和传统成熟制程实际并没有明确的界定标准,这是随着制程工艺发展不断变化的过程。但从制程工艺的发展情况来看,一般是以28nm为分水岭,来区分先进制程和传统制程。

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▲图源:IT之家


半导体工艺发展则出现了两个方向,一个是继续追求先进制程小型化,比如台积电、三星、英特尔、中芯国际,另一个是聚焦特色工艺满足多样化需求,比如华虹半导体、联电、格罗方德、世界先进等。


当下的半导体先进制程领域中,三星、英特尔、台积电三足鼎立,各有千秋。


三星和台积电分别从14nm和16nm制程节点时期引入FinFET(鳍式场效应晶体管)技术,一直沿用到目前最先进的5nm制程。在竞争激烈的3纳米制程工艺方面,三星和台积电的技术路线并不相同,三星首先采用全环绕栅极晶体管(GAA),台积电则是继续采用鳍式场效应晶体管(FinFET)架构。


英特尔的应变硅技术、HKMG技术以及3D FinFET技术,对于全球半导体行业来说都具有着里程碑似的意义。但是从14nm FinFET工艺开始就开始逐渐减速,尤其是在10nm制程工艺期间,耽误了太长时间。


而国产企业中芯国际在2019年突破了14nm的技术,仍将在未来先进制程中角逐。


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先进制程的掣肘


在先进制程的布局方面,还需要其他技术支持和设备支持。因为随着频率的提升,处理器所产生的热量也会提高,先进的蚀刻技术可以减小晶体管间电阻,让CPU所需的电压降低,从而使功率大幅度减小。而蚀刻工艺——极紫外光刻(EUV),用更小更锋利的“刻刀”来切割出更小的电晶体结构。


关键设备在先进制程上仍未实现突破。目前世界集成电路设备研发水平处于12 英寸7nm,生产水平则已经达到12 英寸14nm;而中国设备研发水平还处于12 英寸14nm,生产水平为12 英寸65-28nm,总的来看国产设备在先进制程上与国内先进水平有2-6 年时间差;具体来看65/55/40/28nm光刻机、40/28nm 的化学机械抛光机国产化率依然为0,28nm化学气相沉积设备、快速退火设备、国产化率很低。


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以光刻机为例,ASML是全球唯一有能力制造EUV光刻机的厂商,而面向3nm及更先进的工艺,晶圆厂将需要一种称为高数值孔径(high-NA)EUV的新技术,据ASML年报披露,正在研发的下一代采用high-NA技术光刻机要等到2024年才能量产。我国最先进的光刻机是上海微电子装备的光刻机,最高可制造90纳米工艺的芯片。我国尚未有具备28纳米制程能力的光刻机,主要在于精密光学器件的落后,目前,长春光机所,茂莱光学都在光源领域进行技术研发及探索。一旦光刻机被美国封禁,国内的芯片制造公司将失去14纳米、28纳米等工艺制备能力。


公司先进制程设备情况
中微公司7nm刻蚀机进入台积电供应链,5nm已获台积电验证
北方华创公司的半导体设备在集成电路领域形成28nm设备供货能力,14nm工艺设备处于客户工艺验证阶段
上海微电子90nm的光刻机已量产,55nm光刻机在研发中
盛美半导体公司的清晰产品不仅适用于40nm、28nm工艺,而且随着先进制程工艺的发展,在14nm、12nm工艺展现更大的优越性
安集科技14nm技术节点抛光液已进入客户认证阶段,10-7nm技术节点产品还在研发中
上海新阳20-14nm铜互连电镀工艺技术及产品在研发中
芯源微公司光刻涂胶显影设备覆盖了前道晶圆加工环保界的I-line、KrF、ArF等制程工艺,可对50-300mm的晶圆进行处理,尚未掌握28nm以下节点的ArFi浸没式涂胶显影设备
华峰测控测试产品与工艺制程关系不大

 半导体设备公司掌握先进制程情况  来源:道科创


先进封装的发展


随着先进节点走向10nm、7nm、5nm,研发生产成本持续走高,良率下降,摩尔定律趋缓,半导体行业逐渐步入后摩尔时代。目前封测行业正在经历从传统封装(SOT、QFN、BGA等)向先进封装(FC、FIWLP、FOWLP、TSV、SiP、3D堆叠等)的转型。


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▲图源:拓璞产业研究院


先进封装与传统封装以是否焊线来区分,先进封装主要有倒装芯片(FC)结构的封装、晶圆级封装(WLP)、2.5D封装、3D封装等。分为两个方向——

小型化:3D封装突破传统的平面封装的概念,通过单个封装体内多次堆叠,实现了存储容量的倍增,进而提高芯片面积与封装面积的比值。

高集成:系统级封装SiP能将数字和非数字功能、硅和非硅材料、CMOS和非CMOS电路以及光电、MEMS、生物芯片等器件集成在一个封装内,在不单纯依赖半导体工艺缩小的情况下,提高集成度,以实现终端电子产品的轻薄短小、低功耗等功能,同时降低厂商成本。


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先进封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值,还有效降低成本,成为延续摩尔定律的关键。作为集成电路产业链不可缺少的一部分,半导体封测得益于对更高集成度的需求,随着5G应用、AI、IoT等新兴领域的驱动,市场规模快速扩大。


我国封测行业整体仍然有望保持高增长,仍然是一个处于不断增长中的增量市场。而且5G、消费电子、物联网、人工智能和高性能计算等更高集成度的广泛需求下,先进封装是增量主要来源,先进封装市场增速预计将高于传统封装。


为进一步提升集成电路系统性能、降低成本依赖、提升功能密度,SiP(系统级封装)以及 Chiplet 等设计的进步和发展,大大拓展了摩尔定律的演进方式。而Tensun腾盛近年来在SiP先进封装领域深耕产品设备的开发和制程应用,坚持做好精密点胶和精密切割(划片机)两大产品线,与行业大咖们共同商讨先进封测领域的技术创新、市场动态和应用案例,腾盛人也将继承十六年来的永不止步的创新精神,在先进封装领域持续探索。

 

 

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声明:本文部分内容参考出处有:

1.「封测行业报告:国内封测市场增速高于全球,先进封装为未来确定趋势」,来源:贤集网

2.「半导体主流先进制程工艺梳理总结」,来源:今日头条、电子发烧友网,作者:老扎古

3.半导体封测行业报告:封测行业景气高企,先进封装驱动未来成长,来源:今日头条,作者:未来智库

4.半导体先进制程“三雄”争锋,来源:财经头条,作者:中国电子报社

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Tensun腾盛精密创立于2006年7月,一直专注于
精密点胶与精密切割(划片)两大产品线,
深耕于3C手机产业链、新型显示及半导体封测三大行业。
Tensun腾盛自成立之初便十分注重核心技术的研发投入,
目前已经掌握了精密点胶及精密切割(划片)的核心技术,
成为具备核心模块设计、整机及自动化系统集成能力的
高科技型精密装备企业。
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