华南站丨半导体制造工艺持续演进,除了先进封装技术还有哪些值得期待?

2023年华南国际智能制造、先进电子及激光技术博览会(简称LEAP Expo)旗下成员展慕尼黑华南电子生产设备展将于10月30-11月1日,再次登陆深圳国际会展中心(宝安新馆)。展会将围绕自动化与运动控制、测试测量、表面贴装、点胶注胶&化工材料、线束加工、半导体封装及制造、智慧工厂等领域,立足行业前沿,聚焦新旧动能转换,为电子智能制造行业提供一个横跨产业上下游的专业交流圈


*图源:2022年展会精彩瞬间



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芯片发展进入后摩尔时代,先进封装已成为提升电子系统性能的关键环节。在5G、物联网、人工智能和高性能计算等更高集成度的需求下,先进封装市场增速预计高于传统封装。慕尼黑华南电子生产设备展顺应发展趋势,倾情打造半导体封装及制造主题展区,将围绕Mini LED封装、SiP系统级封装、IGBT模块封装等技术领域,为电子智能制造带来丰富的整体创新解决方案。



半导体制造“抢滩”先进封装新市场

在本次慕尼黑华南电子生产设备展现场佛智芯、华芯智能、中科光纳科技、鸿浩半导体、生益科技、光华科技等一众企业将于展会现场集中展示晶圆制造设备、先进封装技术和封装材料,实现电子行业供应链资源互补,加速电子产业和半导体产业的融合。


在广泛的微电子工程领域,芯片制造是关键的过程之一,每一颗半导体芯片的诞生都需要经过精细的设计和繁复的制程。通常而言,半导体制造工艺分为前道工艺和后道工艺,越来越多的本土设备厂商开始在该领域发力。

上海世禹精密设备股份有限公司(Shanghai Techsense Co., Ltd)是专注于从事半导体前道晶圆制造,后道封测、高密度HDI/IC载板制造及各类柔性制造行业所使用的高精密高可靠性设备的研发和制造的高新技术企业,主要产品包括晶圆级,板级先进封装和基板类BGA封测植球类设备,IGBT,SIC模块封装的多芯片贴装机,半导体芯片外观检查分选机,高精度共晶贴片机,激光打标机,晶圆分选转运类设备,基板转运类设备,柔性制造的各类客户定制各类系统(硬件+软件)等。



功率半导体模块多功能贴片机


功率半导体模块DSC整线



半导体先进封装植球机
*图源:上海世禹


武汉武芯科技有限公司是一家专注于芯片(IC)烧录、测试领域设备研发、生产和销售的科技公司,致力于向芯片烧录测试用户提供专业的芯片烧录测试解决方案和产品,系列通用型芯片烧录器(编程器)包括ET9800(18)ET6800(14)ET2800(12)等,采用通用易扩展的软、硬件设计架构,同一款烧录器支持贴片(SMT)前离线(裸片)烧录和贴片(SMT)后在板(ISP)烧录。它们既支持电脑联机烧录,又支持大液晶触摸屏纯脱机烧录,全面支持各类芯片(不限于MCUEMMCSPI Nor/NandFlashParallel Nor/NandFlashEEPROMFPGADSPCPLD)的安全、稳定、高效量产烧录。


*图源:武汉武芯

半导体离子注入设备也是半导体制造中重要的设备之一,它可以将离子注入到半导体材料中,从而改变其导电性能。这个过程需要在真空环境中进行,以避免杂质对半导体材料的影响。株式会社魁半導体是一家位于日本京都府的等离子体装置制造商,自主开发、制造和销售真空和大气压等离子体装置。等离子体装置在半导体和电子相关制造工艺中用于表面改性,不仅包括薄膜沉积如钝化膜,还包括清洗和涂层等层间粘附性的提高。特别是,通过将自主开发的等离子处理技术应用于喷嘴表面,可以消除液体滴落的浪费,提高液滴量的精确度。与湿法涂层不同,这种处理不使用溶剂,因此非常适用于医疗用途。



*图源:株式会社魁半導体

此外值得注意的是,在半导体制造的后道工序中,与传统封装技术相比,先进封装具有小型化、轻薄化、高密度、低功耗和功能融合等优点。Yole数据显示,全球先进封装市场规模将从2021年350亿美元上升至2026年482亿美元,2021-2026年的CAGR约8%,其中2022年全球先进封装市场达到378亿美元,相比同期整体封装市场和传统封装市场(CAGR=2.3%),先进封装市场的增长更为显著,将为全球封测市场贡献主要增量。


目前,带有倒装芯片(FC)结构的封装、晶圆级封装(WLP)、扇出型封装(Fan-out)、系统级封装(SiP)、2.5D 封装、3D 封装等均被认为属于先进封装范畴,这些先进封装大量使用RDL、Bumping、TSV 等基础工艺技术,不同技术之间也存在发展阶段的递进,包括从芯片/Chiplet(芯粒)在平面上通过中介层、硅桥、高密度RDL等方式连接的2.5D封装,逐步走向把存储、计算芯片在垂直维度进行堆叠的3D封装。以Chiplet为例,作为一种可平衡计算性能与成本,提高设计灵活度,且提升IP模块经济性和复用性的新技术之一,Chiplet实现原理如同搭积木一样,把一些预先在工艺线上生产好的实现特定功能的芯片裸片,通过先进的集成技术(如3D集成等)封装在一起,从而形成一个片上系统芯片。


先进封装带动半导体设备需求增长,由于其依旧需要和传统封装类似的封装和测试环节,有望成为国产封测设备厂商成长的新动力。苏州博众半导体有限公司聚焦半导体封装测试等关键阶段,在共晶、固晶、AOl 检测、清洗四大工艺流程的制造装备上进行布局,助力客户在芯片贴装、检测等工艺环节的制造过程中实现稳定生产。其星威系列共晶机是高精度高效率的多功能芯片贴装设备,共晶贴片效率可达 15~35s/pcs,贴片精度±0.5~±3um,具备共晶贴片、蘸胶贴片及 Flip Chip 贴片功能,可满足多芯片贴装需求。模块化的设计理念使其具备高柔性制造能力,配备智能校准与数据管理系统,使其具备工艺追溯与管理的能力。

*图源:苏州博众


Mini LED迎来放量
制造设备产业链边界重构进行时

本届展会联手深圳市半导体产业发展促进会携德森、思泰克、新益昌、盟拓、劲拓、智茂、盛杰智能 、瑞丰光电等众多设备商共同打造Mini LED封装生产线。


Mini LED又称“亚毫米发光二极管”,采用100~200微米级的 LED晶体,是传统LED背光的改进版本。使用Mini LED能够生产0.5-1.2毫米像素颗粒的显示屏,显示效果大大优于传统LED屏幕,主要应用在显示屏、车用显示器、手机和可穿戴设备等领域。从2018年中开始,Pad、车载、电竞、电视的应用端方面都表现了对Mini LED的浓厚兴趣,将其作为OLED的替代。在市场需求的推动下,Mini LED的生产研发正在加速进行。高工产研LED研究所(GGII)预测,到2025年,Mini LED市场规模将达到53亿美元,年复合增长率超过85%。

MiniLED产业链包括上游(外延片+芯片)、中游制造(封装+模组)以及下游终端应用三部分。其中,封装环节弹性最大,芯片环节其次。在封装工艺上,POB(Package on Board)行业内俗称的满天星方案,首先将LED芯片封装成单颗的SMD LED灯珠,再把灯珠打在基板上,是目前运用广泛的封装技术,在Mini LED显示器产品中尤为普遍,优点是成熟度高,能够满足大部分应用行业的封装要求,并且封装技术与工艺要求也较低,但缺点是背光模组厚度较高,不能做到轻薄化。

COB(Chip on Board)封装技术是一种无支架型集成封装技术,将LED芯片直接贴装于PCB板上,在PCB板的一面做无支架引脚的COB高集成度像素面板级封装,在PCB板的另一面布置驱动IC器件,而不需要任何支架和焊脚,背光模组能做到更轻薄。虽说目前在良率上仍有提升空间,但COB技术突破了发光芯片封装为灯珠、灯珠贴装到PCB板的物理尺寸限制,以其高稳定性、高清显示技术特点,成为目前市场上新兴的显示技术。

此外,随着LED行业的发展,对显示的效果要求越来越高,这就需要对单颗LED晶元发光的角度提出了新要求,且对分辨率的要求也越来越高,这就需要减小单颗LED发光晶元的尺寸大小。因Mini LED行业的特殊性和高要求,在激光切割工艺上也需进一步研究出新的切割方法,使其能够满足新的性能要求。广东首镭激光科技有限公司,其母公司苏州首镭激光科技有限公司成立于2014年,是一家专注于半导体、新能源、激光精密微加工智能制造整体解决方案的高新技术企业,现有昆山、东莞、常熟三个研发、制造、销售基地。致力于研发制造高端精密半导体激光加工设备,精密微电子激光加工设备、视觉检测设备等。公司从激光智能装备,到自动化产线、精密微加工细分领域等,不断丰富产品和解决方案,在3C消费电子、PCB/FPC、面板显示、半导体、蓝宝石、5G通讯、新能源、电子陶瓷等多领域,持续拓展“激光+智能制造”服务空间。

全自动AOI检查机

miniLED激光挖胶机


全自动miniLED激光切割机
*图源:首镭激光

Mini LED逐渐商业化放量,产业链上中下游相关厂商都在积极布局扩产,等待Mini LED的爆发。而要满足市场的快速起量,封装和应用端的规模化对设备的需求和要求同步增大,Mini LED企业一方面在快速扩充产线实现产能提升,另一方面选择更好的设备厂商提升产品良率并降低成本。企业在成本优化中,供应链成本越低,利润才会越高。从整个Mini LED制作流程来看,分为磊晶、芯片、封装等环节,国产设备凭借服务效率和高性价比等各项优势,已经成为封装与显示厂商的新宠。



元器件封装大会之
IGBT封装技术与应用论坛
即将于2023年10月30日-11月1日深圳国际会展中心(宝安新馆)举办的2023年慕尼黑华南电子生产设备展上,半导体封装及制造主题展区还将带来首届元器件封装大会之IGBT封装技术与应用论坛。大会主题将围绕IGBT市场发展方向趋势、IGBT晶圆制造工艺、IGBT烧结、材料、设备应用案列、失效分析等话题展开深度探讨,共邀汽车电子、新能源、光伏、电源、储能行业的工艺工程师、工程师、管理人员、研究员、专家等同仁们齐聚探过IGBT 封装技术的发展趋势和应用前景。



演讲企业如下
● 中车青岛车辆研究所
● 徐州工程机械集团
● 德国Zestron
● 重庆云潼科技有限公司
● 东莞新能德科技有限公司
● 胜科纳米(苏州)股份有限公司
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