專注于膠粘劑的研發制造
根據中國科學院上海微系統與信息技術研究所SIMIT戰略研究室公布的《我國集成電路材料專題系列報告》,90%以上的集成電路均采用環氧塑封料作為包封材料,因此,環氧塑封料已成為半導體產業發展的關鍵支撐產業。
封裝材料產品品質主要由理化性能、工藝性能以及應用性決定,而下游客戶則主要對環氧塑封料產品的工藝性能與應用性能進行考核驗證。其中,產品配方直接決定了理化性能,進而影響到工藝性能與應用性能。因此,環氧塑封料廠商的研發重點主要系產品配方的完善、優化與開發,且大量與配方相關的核心知識產權主要通過專有技術(Know-how)的形式予以保護。
(1)半導體封裝材料深刻影響封裝技術創新,需要根據封裝形式的演進而進行定制化開發:由于封裝材料深刻地影響著半導體封裝所實現的主要功能,并與封裝廠商的生產效率及生產成本息息相關,因此,半導體封裝與環氧塑封料呈現出互相依存、互相促進的特點。
隨著半導體芯片進一步朝向高集成度與多功能化的方向發展,環氧塑封料廠商需要針對性地開發新產品以匹配下游客戶日益復雜的性能需求,因而應用于歷代封裝形式的各類產品的配方開發(主要涉及原材料選擇與配比)、生產中的加料順序、混煉溫度、混煉時間、攪拌速度等工藝參數均存有所不同,即各類產品在理化性能、工藝性能以及應用性能等方面均存在差異,故業界稱為“一代封裝、一代材料”。歷代封裝技術對環氧塑封料的主要性能及產品配方要求如下表所示:
綜上,環氧塑封料等封裝材料在半導體封裝中扮演著舉足輕重的地位,塑封料廠商需根據下游客戶定制化的需求針對性地開發與優化配方與生產工藝,從而靈活、有效地應對歷代封裝技術。因此,具備前瞻性與完整性的產品布局、持續創新能力的環氧塑封料廠商將有望在未來的競爭中脫穎而出。
(2)半導體封裝材料需通過客戶嚴格的考核驗證后方能獲得使用:半導體封裝材料產品需要通過下游客戶的樣品考核驗證及批量驗證后才能獲得客戶的使用,其中,樣品考核情況是環氧塑封料產品性能與技術水平的重要體現,主要包括下游客戶對塑封料產品的工藝性能(如固化時間、流動性、沖絲、連續成模性、氣孔率等)與應用性能(如可靠性、熱性能、電性能等)的考核驗證。
目前下游封裝廠商主要參考JEDEC(固態技術協會)標準進行封裝體的評估和測試,JEDEC標準對封裝和測試服務制定了詳細的考核項目和量化指標,包括潮敏等級試驗(MSL)、高低溫循環試驗(TCT)、高壓蒸煮試驗(PCT)等。其中,MSL試驗是針對環氧塑封料可靠性的主要考核項目。
環氧塑封料產品所需通過的主要考核項目及具體考核要求的情況如下表所示:
根據下游封裝形式、應用場景的不同,下游封裝廠商對環氧塑封料所需通過的考核測驗項目及考核標準均存在差異;同時,應用于傳統封裝與先進封裝的中高端環氧塑封料通常需通過上述所有的考核驗證項目,且先進封裝通常要求環氧塑封料在上述所有的考核后仍實現零分層、并保持良好的電性能,因此對封裝材料廠商的技術水平要求較高。
(3)高端半導體封裝材料的國產化迫在眉睫:近年來,我國半導體封裝材料產業發展有了較大突破,以江蘇華海誠科新材料股份有限公司為代表的內資廠商持續加大在中高端半導體封裝材料的布局,且在客戶的考核驗證過程中已取得了一系列的突破,但整體與外資廠商仍存在一定的差距。其中,日本、美國廠商在中高端產品占有較大份額;國內廠商主要以滿足內需為主,出口量較小,大部分仍集中在分立器件和中小規模集成電路封裝用的環氧塑封料領域。
在芯片級電子膠黏劑領域,目前國內與國外仍存在較大的技術差距,開發方面處于弱勢,我國芯片級底部填充材料目前仍被外資壟斷;在環氧塑封料領域,目前國產環氧塑封料(包含臺資廠商)市場占比約為30%左右,而高端環氧塑封料產品基本被國外品牌產品壟斷,故具有較大的替代空間。國內外環氧塑封料在我國市場上的競爭對比情況如下表所示:
隨著國內半導體封裝廠商在全球的綜合競爭力持續增強,中高端半導體封裝材料仍主要依靠外資廠商的狀況已嚴重滯后于市場發展需要。因此,加快中高端半導體封裝材料國產化已迫在眉睫。
(4)先進封裝用材料性能要求極高,具備創新實力與技術儲備優勢的內資廠商將有望脫穎而出:隨著先進封裝市場規模的持續擴大,應用于先進封裝的高端塑封料與芯片級電子膠黏劑的增長潛力將得到進一步釋放。鑒于上述材料的研發門檻較高,目前主要由外資廠商壟斷,在半導體產業整體國產化趨勢的背景下,具備前瞻性的技術布局的內資廠商將有望在未來的競爭中脫穎而出。
①應用于先進封裝的塑封料:隨著封裝行業從傳統封裝向先進封裝邁進,先進封裝所呈現出高集成度、多功能、復雜度高等特點對塑封料提出了更高的性能要求。以先進封裝中最具成長性的扇出型晶圓級封裝(FOWLP)為例,FOWLP是以BGA技術為基礎,基于晶圓重構技術,將芯片布置到一塊人工晶圓上,然后按照標準的WLP工藝類似的步驟進行封裝,得到的封裝面積要大于芯片。
FOWLP封裝因其不對稱的封裝形式而提出了對環氧塑封料的翹曲控制等新要求,同時要求環氧塑封料在經過一系列更嚴苛的可靠性考核后仍不出現任何分層且保持芯片的電性能良好。因此,塑封料廠商在應用于FOWLP產品的配方開發中需要在各性能指標間進行更為復雜的平衡,產品配方的復雜性與開發難度尤其高。
目前,用于FOWLP的塑封料主要由液態塑封料(LMC,Liquid Molding Compound)與顆粒狀環氧塑封料(GMC,Granular Molding Compound)兩類組成,GMC與LMC的產品主要情況如下表所示:
由上述可知,與傳統封裝中采用固態餅狀環氧塑封料不同的是,應用于FOWLP封裝的GMC與LMC的產品形態以顆粒狀與液態為主,因而也對塑封料廠商的生產工藝技術水平提出了更高的要求,要求塑封料廠商能夠更有效地結合配方與生產工藝技術。以GMC為例,目前制備顆粒狀環氧塑封料的主流技術為離心法和熱切割法,對塑封料廠商的配方技術、生產工藝技術、生產設備、產品測試方法等綜合技術要求較高,故該市場基本由外資廠商壟斷;而傳統工藝所制備的顆粒狀產品則存在顆粒大小無法細化、顆粒表面粉塵太多、顆粒大小不均一容易造成封裝后的氣孔等問題,在內資廠商的技術水平與研發儲備情況整體處于相對弱勢的背景下,江蘇華海誠科新材料股份有限公司已成功形成了可滿足特殊壓縮模塑成型工藝的全套工藝方案,可應用于離心法和熱切割法,有望在該領域脫穎而出。
②應用于先進封裝的芯片級底部填充膠:芯片級底部填充膠主要應用于FC(Flip Chip)領域,根據研究資料,FC在先進封裝的市場占比約為80%左右,是目前最具代表性的先進封裝技術之一,具體類型包括FC-BGA、FC-SiP等先進封裝技術,目前該市場仍主要為日本納美仕、日立化成等外資廠商壟斷,國內芯片級底部填充膠目前主要尚處于實驗室階段。FC底填膠的使用流程如下圖所示:
目前,內資廠商正積極配合業內主要封裝廠商研發芯片級底部填充材料,并已取得一系列成效,有望推動該領域的國產化進程。其中,公司FC底填膠已通過星科金朋的考核驗證,在內資廠商中處于領先水平。
綜上,在半導體產業整體國產化的背景下,面對技術、資金要求高的先進封裝領域,內資半導體封裝材料廠商已積極開展相關布局,具備創新實力與技術儲備優勢的內資廠商將有望在先進封裝領域脫穎而出。
(5)環氧塑封料與電子膠粘劑行業的國內市場規模情況:
①環氧塑封料國內市場規模情況:2021年中國包封材料市場規模為73.60億元,同比增速達到16.83%;環氧塑封料在包封材料的市場占比約為90%。環氧塑封料2021年國內市場規模為66.24億元。
鑒于環氧塑封料市場是半導體封裝材料的一個細分市場,目前并無按照傳統封裝和先進封裝材料作為劃分標準的市場公開數據。根據中金企信統計數據,2020年國內封裝市場規模為2,509.50億元,其中傳統封裝市場規模為2,158.20億元,先進封裝市場規模為351.30億元。2019年與2020年相關數據的平均值對環氧塑封料市場占比情況進行測算。
單位:億元
據此測算,我國2020年傳統封裝用環氧塑封料市場規模為53.11億元、先進封裝用環氧塑封料市場規模為3.59億元。具體數據如下:
單位:億元
2021年中國包封材料市場規模為73.60億元,同比增速達到16.83%,結合上述測算結果與先進封裝發展趨勢,預計2021年國內先進封裝用環氧塑封料已超過4.2億元。
②電子膠黏劑國內市場規模情況:由于電子膠黏劑的下游應用領域眾多,對于不同領域、不同客戶,各類電子膠黏劑在終端下游產品中的應用比例和成本結構較難獲取,終端市場需求與電子膠黏劑的配比關系難以獲取或推算,加之目前市場上尚欠缺對各類電子膠黏劑具體市場規模的公開資料,因此較難獲取電子膠黏劑的細分市場規模。
根據中國膠粘劑和膠粘帶工業協會楊栩秘書長于“2022年中國(大灣區)電子膠粘劑技術發展高峰論壇”的發言,近年來,在5G建設、消費電子、新能源汽車、家用電器及裝配制造業等新興消費市場的驅動下,我國電子膠粘劑市場迅猛發展,市場已超100億元規模,成為增長速度最快、發展潛力巨大的膠粘劑細分市場之一。因此,預計電子膠黏劑市場規模在100億元以上。
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