4月5日,华为公开了3D堆叠芯片封装专利技术,引发热议。该项技术是基于旧节点,采用混合3D堆叠方式,相对现有的2.5D和3D封装技术更具有通用性。这也是华为被美国制裁后,为保持自身竞争力,在封装领域的又一技术突破。由此可见,先进封装技术无疑将会成为全球巨头厂商角逐的重要战场。
一、芯片行业背景
随着5G、高性能运算、人工智能(AI)和物联网技术的迅速发展,数字化进程加快,芯片市场需求提高显著。
另一方面,疫情爆发催生出了“宅经济”效应,远程办公及学习人数剧增,数码设备需求加大也推动着芯片需求上升。
根据半导体产业协会公布数据,2021年全球芯片销售额达到5559美元。中国芯片总销售额为1925亿美元,同比增长27.1%;美洲同比增长27.4%,欧洲增长27.3%;亚太地区/其他国家增长了25.9%;日本则增长了19.8%。
二、先进封装技术
随着终端应用如手机、电脑、AI等更加智能化、精密化发展,其对高算力、高集成化芯片的需求提升,传统封装集成技术已不能满足市场需求,随之以FlipChip(倒装)、2.5D/3D IC(立体封装)、WLP(晶圆级封装)、Sip(系统级封装)为代表的先进封装技术将成为未来发展趋势。
传统封装技术效率较低,封装体积大。先进封装技术能实现更高密度的集成,减少面积浪费,缩小芯片间的连接距离,提高元器件的反应速度,极大降低成本。
被业界称为“芯片高级乐高游戏”的先进封装,不断吸引大厂争相投入。无论是台积电、三星、英特尔,还是传统的OSAT厂商日月光、安靠、长电科技等都加大先进封装产业布局、在技术对决上形成强烈竞争。
台积电:
TSMC(台积电)目前已将其先进封装相关技术2.5/3D, 整合为"3D Fabric"集成化技术,可以应用到不同类型的芯片(例如处理器、内存或传感器)堆叠,能实现芯片尺寸更小、性能更强,降低成本。
三星:
三星现以I-Cube(2.5D)、X-Cube(3D)两种封装技术为主,其立足于自身存储技术优势,运用2.5/3D堆叠封装技术协助客户降低设计成本,这很大程度上确保其封装产能规模稳定扩充。
英特尔:
英特尔拥有可实现逻辑计算芯片高密度的3D 堆叠封装技术 Foveros;融合了2D 和 3D 封装技术的Co-EMIB;未来会进一步开发“全新全方位互连(ODI)技术”,为多芯片封装中的小芯片之间的全方位互连通信提供更高的灵活性。
三、市场规模及投资
根据半导体分析机构Yole数据显示,2021年全球封装市场规模约达777亿美元,其中全球先进封装市场规模约为 321亿美元,约占比41.3%。Yole预测,先进封装在全部封装的占比将从2021年的41.3%增长到2025年的49.4%,已成为封装技术迭代的主要动力。
投资方面,2021年,全球半导体厂商在先进封装领域的投资约为119亿美元。其中,英特尔投入35亿美元,以支持Foveros3D封装技术和EMIB(嵌入式多芯片互连桥接)技术的发展;台积电投入30.5亿美元,为3D片上系统组件定义新的系统级路线图和技术;日月光投入20亿美元,进一步推进Chip Last FOCoS先进封装量产及技术升级;三星作为3D堆叠内存解决方案的领导者,在先进封装领域的资本支出为15亿美元。
四、先进封装设备升级
芯片先进封装市场潜力巨大,相应的先进封装设备赛道也十分明朗。
但随着先进封装技术向更高密度集成发展,其对封装设备在更小线宽处理、颗粒控制、工艺精度控制、机台稳定性等方面提出了更高的要求。芯片封装过程中使用高精度、高稳定性、高效率的贴片机等设备,可以极大地提高封装效率和出品良率。因此,芯片贴装设备升级是封测厂商在未来投资重点。
可编程高精力控,降低损耗
国奥直线旋转电机带有“软着陆”功能,可实现±1g以内的稳定力度控制,支持速度、加速度及力度控制的程序化设定,使贴装头能够以非常精准的压力触碰芯片表面,降低损耗;
采用中空Z轴设计,预留气管接口,真空吸取、即插即用,并可根据元件结构及特性提供定制化服务。
高精度对位、贴片,保证良率
微米级位置反馈,获取精准数据,±0.01N力控精度,±2μm直线重复定位精度,±0.01°旋转重复定位精度,径向偏摆小于10μm,编码器分辨率标准1μm,可在高速运行状态下仍稳定输出,提升良率及可靠性。
“Z+R”轴集成设计,提升速度
创新性的双轴集成化解决方案,将传统“伺服马达+滚珠丝杆”合二为一,解决了Z轴自重负载问题,高速、精准完成元件Pick & Place,贴装等动作,推力曲线平滑,峰值推力8-50N,有效行程10-50mm ,超高循环寿命,实现高效生产。
体积小,重量轻,可电机组合排列
直线旋转电机LRS2015重量仅605g,轻巧的机身重量大大减轻了设备高速运动中负载带来的影响。电机厚度仅为20mm,在设备有限的内部空间中可以并排安装多组电机,减少芯片贴装往复运动过程,提升设备贴装效率。
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