本文來自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”。
半個(gè)多世紀(jì)以來，微電子技術(shù)遵循著“摩爾定律”快速發(fā)展。
根據(jù)摩爾定律，集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個(gè)月到24個(gè)月便會(huì)增加一倍，即“處理器性能大約每?jī)赡攴槐叮瑫r(shí)價(jià)格下降為之前的一半”。
隨著制造工藝的提升，集成電路的晶體管尺寸從微米級(jí)降至納米級(jí)，集成度從幾十個(gè)晶體管增加到數(shù)十億晶體管。然而，物理尺寸縮小瀕臨極限帶來的量子隧穿效應(yīng)、原子級(jí)加工工藝等問題成為制約摩爾定律延續(xù)的重要因素，并且每代工藝之間的性能提升幅度越來越小。
物理性能接近極限，與歷史速率相比，一個(gè)完全規(guī)模工藝節(jié)點(diǎn)的更新周期逐漸延長(zhǎng)。英特爾CEO基辛格表示“摩爾定律”的節(jié)奏正在放緩至三年。
這就導(dǎo)致，開發(fā)先進(jìn)制程芯片的性能增長(zhǎng)邊際成本急劇上升，投入產(chǎn)出比逐漸降低。
在摩爾定律減速的同時(shí)，計(jì)算需求卻在暴漲。隨著人工智能、自動(dòng)駕駛、5G、云計(jì)算等新興技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)算力芯片的效能要求越來越高。
多重挑戰(zhàn)和趨勢(shì)下，半導(dǎo)體行業(yè)開始探索新的發(fā)展路徑。
其中，先進(jìn)封裝成為一條重要賽道，在提高芯片集成度、縮短芯片距離、加快芯片間電氣連接速度以及性能優(yōu)化的過程中扮演了重要角色。
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模將由2022年的443億美元，增長(zhǎng)到2028年的786億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率為10.6%，成為封測(cè)市場(chǎng)貢獻(xiàn)的主要增量。
巨大市場(chǎng)潛力之下，這個(gè)傳統(tǒng)上屬于OSAT和IDM的領(lǐng)域，如今開始涌入來自不同商業(yè)模式的玩家，包括晶圓代工廠、EMS廠商等紛紛搶灘，積極布局先進(jìn)封裝技術(shù)。
產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)齊頭涌入，說明先進(jìn)封裝技術(shù)不可或缺的同時(shí)，也給上游材料市場(chǎng)帶來了增量空間：從傳統(tǒng)封裝到SiP、2.5D、3D等先進(jìn)封裝，技術(shù)迭代需要更多工藝環(huán)節(jié)，對(duì)先進(jìn)封裝材料的需求增加。以及受益于算力芯片需求、半導(dǎo)體行業(yè)回暖、業(yè)內(nèi)大廠擴(kuò)產(chǎn)先進(jìn)封裝產(chǎn)能等因素，將帶動(dòng)上游材料需求快速增長(zhǎng)。
能夠看到，隨著先進(jìn)封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新，市場(chǎng)參與者和商業(yè)模式正在不斷擴(kuò)大和演變，這一領(lǐng)域正在迸發(fā)出新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
材料廠商，走到舞臺(tái)中央
然而，市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展也對(duì)封裝材料提出了新的要求。
在近日召開的2024年SEMICON China展會(huì)上，賀利氏電子先進(jìn)電子材料中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理劉錫鋒表示，半導(dǎo)體市場(chǎng)正在持續(xù)變革，5G、人工智能和高性能計(jì)算等大趨勢(shì)將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。
賀利氏電子先進(jìn)電子材料中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理劉錫鋒
先進(jìn)封裝技術(shù)通過優(yōu)化芯片間互連，在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)算力、功耗和集成度等方面的提升，但隨著芯片尺寸的減小和SoC、多芯片集成技術(shù)的發(fā)展，封裝朝著小型化、多引腳、高集成的方向不斷演進(jìn)。
在這個(gè)過程中，催生了新的材料需求，并且材料性能對(duì)先進(jìn)封裝工藝的影響程度在大幅提升，先進(jìn)封裝材料成為了支撐先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的關(guān)鍵。
對(duì)此，賀利氏電子作為電子行業(yè)內(nèi)知名的封裝技術(shù)材料制造商，能夠?yàn)榭蛻籼峁牟牧?、材料系統(tǒng)到組件，到全方位技術(shù)服務(wù)的完整產(chǎn)品組合，展示提升器件性能的創(chuàng)新材料方案，以滿足半導(dǎo)體行業(yè)大趨勢(shì)的需求。
在本次展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，賀利氏電子帶來了諸多亮點(diǎn)產(chǎn)品。
據(jù)劉錫鋒介紹，賀利氏電子專注于封裝過程中內(nèi)部互連所需要的電子材料，能夠提供全方位的整體解決方案，無論是在傳統(tǒng)封裝還是系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）、倒裝（FC）等先進(jìn)封裝領(lǐng)域都有對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品方案。
先進(jìn)封裝材料，迎來新突破
比如錫膏，就是賀利氏電子的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品之一。
眾所周知，在“性能更強(qiáng)、尺寸更小”的行業(yè)趨勢(shì)的不斷推動(dòng)下，進(jìn)一步提升了封裝技術(shù)的復(fù)雜性和功能性。先進(jìn)封裝中的元件數(shù)量持續(xù)增加，而封裝尺寸卻在縮小。在更小的空間內(nèi)發(fā)揮更大的功能，成為電子市場(chǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn)。為了滿足當(dāng)前電子行業(yè)的需求，亟需能夠創(chuàng)造出幾無缺陷的可靠微型接頭的焊接材料。
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，賀利氏電子推出了采用領(lǐng)先技術(shù)的新型Welco AP520 7號(hào)粉水溶性印刷錫膏，專為應(yīng)對(duì)小型化趨勢(shì)而設(shè)計(jì)，它可以創(chuàng)造出近零缺陷的可靠微型焊接。
據(jù)介紹，AP520無飛濺、空洞率低，在最小90µm的細(xì)間距應(yīng)用中具有出色的脫模性能，是用于5G通信、智能穿戴設(shè)備和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的下一代系統(tǒng)級(jí)封裝應(yīng)用中細(xì)間距無源器件和倒裝芯片貼裝的理想之選。
此外，借助Welco AP520 7號(hào)粉錫膏，倒裝芯片和表面貼裝器件焊盤可實(shí)現(xiàn)一體化印制，從而簡(jiǎn)化SiP封裝加工步驟，減少固定資產(chǎn)投資和材料成本，同時(shí)消除因基板翹曲和/或倒裝芯片放置不均導(dǎo)致的焊接中常見的冷焊空焊虛焊等缺陷。
劉錫鋒指出，賀利氏電子的錫膏產(chǎn)品有別于行業(yè)友商。相較于其他廠商從傳統(tǒng)SMT過渡過來的發(fā)展模式，賀利氏電子則是直面芯片小型化對(duì)錫膏材料規(guī)格日益提高的挑戰(zhàn)，主打狹小間距下的工藝條件。
經(jīng)過多年深耕，賀利氏電子如今在SiP封裝材料領(lǐng)域已占據(jù)全球主導(dǎo)地位，其錫膏類產(chǎn)品可以在狹小空間進(jìn)行作業(yè)和生產(chǎn)，且保障品質(zhì)和穩(wěn)定性。
同時(shí)，為了在SiP應(yīng)用中得到一致的優(yōu)異細(xì)間距印刷性能，錫膏的特性如錫粉粒徑集中度、助焊劑配方、流變性、抗坍塌等特性都很關(guān)鍵，都需要被仔細(xì)考慮。
其中，對(duì)于錫膏流變性和抗坍塌性的平衡是配方設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，這也是賀利氏電子的強(qiáng)項(xiàng)所在。
在本次展會(huì)，賀利氏電子帶來的AP500X水溶性助焊劑，適用于微凸點(diǎn)間距倒裝芯片焊接和BGA封裝。這款新型助焊劑是一種水溶性零鹵素粘性助焊劑，特別是在Cu-OSP表面具有出色的潤(rùn)濕性能，在消除虛焊、爬錫、芯片移位、空洞、底充膠分層等缺陷方面發(fā)揮了重要作用，適用于高性能計(jì)算、內(nèi)存、移動(dòng)設(shè)備等應(yīng)用的先進(jìn)半導(dǎo)體封裝。
此外，賀利氏電子的高級(jí)封裝產(chǎn)品采用第5級(jí)至第8級(jí)的精細(xì)粉末，專利工藝Welco確保了獨(dú)特的粉體特性：Welco粉末具有超低氧攜帶量和極佳的球形度，可適用于細(xì)間距應(yīng)用（低至90µM）。
傳統(tǒng)封裝材料，迸發(fā)新生機(jī)
與此同時(shí)，在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域，賀利氏電子在廣泛的布局基礎(chǔ)上進(jìn)行新的創(chuàng)新。
以鍵合線為例，鍵合線是芯片內(nèi)電路輸入輸出連接點(diǎn)與引線框架的內(nèi)接觸點(diǎn)之間，實(shí)現(xiàn)電氣連接的微細(xì)金屬絲，是半導(dǎo)體封裝幾大必須基礎(chǔ)材料之一，廣泛應(yīng)用于集成電路、分立器件、光電器件和功率器件的封裝。作為芯片與引線框架之間內(nèi)引線，鍵合線效果的好壞直按影響集成電路的性能。
根據(jù)材質(zhì)不同，鍵合線分為金線、銀線、銅線、鋁線，以及復(fù)合鍵合線等，從當(dāng)前行業(yè)現(xiàn)狀來看，金線憑借獨(dú)特的金屬化學(xué)穩(wěn)定性和極具作業(yè)效率的工藝應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，仍是很多器件生產(chǎn)中高度依賴的引線鍵合材料，尤其是存儲(chǔ)類產(chǎn)品。隨著電子設(shè)備不斷地更新?lián)Q代，其對(duì)內(nèi)存容量的需求越來越高，半導(dǎo)體廠商對(duì)于降低生產(chǎn)成本的需求也越來越迫切。尤其是在當(dāng)前金價(jià)不斷攀升的趨勢(shì)下，問題愈發(fā)突出。
對(duì)此，賀利氏電子在金線制品上有了新的迭代和創(chuàng)新——鍍金銀線，這也是今年展會(huì)上主打的特色產(chǎn)品之一。
劉錫鋒強(qiáng)調(diào)，賀利氏電子是目前市面上為數(shù)不多能提供所有材質(zhì)鍵合線的供應(yīng)商。而賀利氏電子本次生產(chǎn)的AgCoat Prime可替代金線是一款表面鍍金的銀線，具有堪比金線的結(jié)合性與可靠性，尤其是在高溫存儲(chǔ)測(cè)試（HTS）中，金包銀線比傳統(tǒng)金線更有優(yōu)勢(shì)，給產(chǎn)品帶來更高的可靠性表現(xiàn)。此外，鍵合過程中不需要惰性氣體，因此廠商無需對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行投資或改造，可幫助半導(dǎo)體廠商顯著降低凈成本。
AgCoat Prime可替代金線被視為競(jìng)爭(zhēng)激烈的存儲(chǔ)器件、LED和高端智能卡市場(chǎng)的理想選擇。這種鍍金銀線能夠以更低的成本確保高性能。而且，賀利氏電子會(huì)為客戶提供全方位的支持，幫助其優(yōu)化AgCoat Prime的實(shí)際應(yīng)用。
據(jù)悉，AgCoat Prime自去年正式推向市場(chǎng)以來，已經(jīng)與多家客戶展開了材料驗(yàn)證工作，國(guó)內(nèi)外很多存儲(chǔ)原廠已經(jīng)成為或即將成為合作客戶。
賀利氏電子開發(fā)的AgCoat Prime是一款既能降低成本又能保持高性能的可行解決方案。作為領(lǐng)先的鍵合線供應(yīng)商，賀利氏電子在為存儲(chǔ)器件市場(chǎng)客戶提供新型解決方案方面再次走在了前面。
綜合來看，賀利氏電子不僅擁有將不同材料整合到一個(gè)完整系統(tǒng)中所需的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，而且對(duì)如何優(yōu)化材料及材料組合也有著深刻理解。通過將創(chuàng)新產(chǎn)品組合、強(qiáng)大應(yīng)用能力和全面材料專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，支持客戶實(shí)現(xiàn)自己的開發(fā)目標(biāo)，幫助客戶節(jié)省時(shí)間成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
賀利氏電子，厚積薄發(fā)
不難看到，無論是隨著傳統(tǒng)封裝向先進(jìn)封裝的快速演進(jìn)，還是AI、自動(dòng)駕駛、高性能計(jì)算等技術(shù)的興起，作為材料解決方案專家，賀利氏電子始終能夠緊隨技術(shù)浪潮，保持創(chuàng)新活力。
劉錫鋒對(duì)此表示，賀利氏電子是一個(gè)以研發(fā)為主導(dǎo)的企業(yè)，帶著觀察的眼睛，觀察市場(chǎng)、觀察客戶，從中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的挑戰(zhàn)，進(jìn)而嘗試把挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為機(jī)會(huì)。
而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)商業(yè)模式和目標(biāo)的背后，歸功于賀利氏電子具備強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，可以迅速交付創(chuàng)新性的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)給到客戶，與合作伙伴攜手一同在技術(shù)變革的浪潮中勇往直前。
另一方面，面對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體材料行業(yè)的國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)，劉錫鋒希望看到中國(guó)本土產(chǎn)業(yè)鏈蓬勃發(fā)展。他認(rèn)為，在良性的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，有壓力才有動(dòng)力。相比行業(yè)友商，賀利氏電子作為一家國(guó)際型公司，其優(yōu)勢(shì)和信心在于它不僅僅是提供產(chǎn)品本身，更多的是跟客戶分享在海外的項(xiàng)目成果和成功經(jīng)驗(yàn)，更好的幫助客戶解決挑戰(zhàn)，縮短產(chǎn)品落地周期。這個(gè)價(jià)值是國(guó)內(nèi)友商無法取代和替代的。
與此同時(shí)，賀利氏電子也在積極進(jìn)行中國(guó)本土化布局，在上海設(shè)立了創(chuàng)新中心和研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。國(guó)內(nèi)還有多個(gè)生產(chǎn)基地，旨在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的本地研發(fā)、本地生產(chǎn)、本地銷售。
據(jù)了解，賀利氏電子上海創(chuàng)新中心是于2018年揭牌成立，當(dāng)時(shí)的主要想法是要實(shí)現(xiàn)“China for China”，這是賀利氏電子非常重要的一項(xiàng)戰(zhàn)略，其內(nèi)涵包括本土化生產(chǎn)、銷售以及更為關(guān)鍵的本土化研發(fā)。
在上海創(chuàng)新中心，從事電子材料系統(tǒng)的研發(fā)和測(cè)試，將內(nèi)部研發(fā)與面向客戶的工程服務(wù)相輔相成。劉錫鋒向筆者表示：“賀利氏電子正在從一個(gè)傳統(tǒng)的材料制造商，變成材料解決方案的提供商，本地化的應(yīng)用中心、創(chuàng)新中心能把我們的技術(shù)直接在實(shí)驗(yàn)室里去呈現(xiàn)，為客戶提供芯片組裝以及元器件焊接和測(cè)試等服務(wù)，讓客戶更直觀的了解到材料工藝統(tǒng)籌方案的賦能價(jià)值，大幅縮短客戶的研發(fā)周期。”
“上海創(chuàng)新中心的目標(biāo)是希望在研發(fā)初期階段就能為客戶提供更多的建議，從而幫助客戶有針對(duì)性地優(yōu)化每一步的工藝，縮短研發(fā)進(jìn)程并提高產(chǎn)品首次成功率，快速導(dǎo)入市場(chǎng)。”他補(bǔ)充道。
經(jīng)過多年發(fā)展，上海創(chuàng)新中心如今在功率半導(dǎo)體、新型顯示技術(shù)等領(lǐng)域的研發(fā)水平已經(jīng)走在了全球前沿，正在從“China for China”邁向“China for Global”，不少成果已經(jīng)在賀利氏海外基地投產(chǎn)，廣泛服務(wù)于國(guó)際客戶。
此外，賀利氏還在江蘇常熟、山東招遠(yuǎn)等地建立了生產(chǎn)工廠，并隨著行業(yè)發(fā)展持續(xù)增加投資、啟用新的生產(chǎn)設(shè)施，充分踐行“在中國(guó)，為中國(guó)”理念，旨在打造中國(guó)本土供應(yīng)鏈，貼近客戶，對(duì)客戶需求做出快速反應(yīng)，更好為中國(guó)市場(chǎng)服務(wù)。
不難發(fā)現(xiàn)，中國(guó)作為最重要的市場(chǎng)之一，賀利氏電子正在聚焦客戶需求，發(fā)揮賀利氏全球視野與本土創(chuàng)新相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，助推中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)煥發(fā)新生。
封裝材料的下一個(gè)突破點(diǎn)
當(dāng)前，先進(jìn)封裝市場(chǎng)正快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈廠商都在時(shí)刻關(guān)注先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)變化，從而厘清產(chǎn)業(yè)變化的增量環(huán)節(jié)。
先進(jìn)封裝材料是先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)鏈核心上游，先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展離不開封裝材料的支撐。
尤其是在AI、5G、新能源、電動(dòng)汽車等蓬勃發(fā)展的今天，半導(dǎo)體芯片輕量化、高集成化的趨勢(shì)愈發(fā)明顯，對(duì)封裝提出了更嚴(yán)苛的要求。
在此趨勢(shì)下，賀利氏電子將繼續(xù)帶著“觀察”的眼睛，嘗試攻克下一個(gè)業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)。
劉錫鋒認(rèn)為，中國(guó)大陸目前在先進(jìn)封裝工藝中略顯薄弱，更多高端先進(jìn)工藝仍被海外玩家掌握。以臺(tái)積電CoWos為例，其優(yōu)勢(shì)在前半段“Chip on Wafer”，而中國(guó)廠商的發(fā)力點(diǎn)大多是在“Wafer on Substrate”。在此情形下，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和企業(yè)應(yīng)著眼當(dāng)下，立足Wafer on Substrate，著眼向Chip on Wafer發(fā)展，爭(zhēng)取能夠躋身到前道工藝的玩家陣營(yíng)。
面對(duì)未來，賀利氏電子在傳統(tǒng)封裝材料方面保持推陳出新，幫助客戶降低成本，更新替代方案的同時(shí)，也將加強(qiáng)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的布局，洞察市場(chǎng)在先進(jìn)封裝過程中面臨的共性挑戰(zhàn)。比如芯片級(jí)熱界面材料（TIM1），目前存在氣泡控制、空隙管理等方面的挑戰(zhàn)，業(yè)界尚沒有更好的解決方案。賀利氏電子接下來將以TIM1材料為發(fā)力點(diǎn)，試圖解決行業(yè)痛點(diǎn)。
同時(shí)，也將向2.5D、3D等更先進(jìn)的封裝類型靠攏，旨在通過材料上的變革，給客戶全新的解決方案，攻堅(jiān)克難。
除此之外，在碳中和、碳達(dá)峰的大背景下，賀利氏電子也率先開展了創(chuàng)新實(shí)踐，為了積極響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展倡議，賀利氏電子推出了采用100%再生金制成的鍵合金線和采用100%再生錫制成的Welco焊錫膏系列產(chǎn)品。賀利氏電子通過在產(chǎn)品中加入再生錫或再生金，顯著降低能耗和碳足跡，為環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
據(jù)劉錫鋒介紹，由再生錫配制的焊錫膏和由礦產(chǎn)錫配制的焊膏在質(zhì)量上并無二致。在加工成最終產(chǎn)品之前，無論是再生金還是礦產(chǎn)金都要經(jīng)歷同樣嚴(yán)格的精煉過程，從而確保產(chǎn)品成分一致、特性相同。
在性能不減的情況下，對(duì)比自然采礦和冶煉獲取相同重量的產(chǎn)品，再生錫產(chǎn)品能帶來800倍碳排放的降低，再生金帶來300倍的降低，幫助客戶有效完成碳中和、碳達(dá)標(biāo)的指標(biāo)。
這項(xiàng)舉措，進(jìn)一步體現(xiàn)了賀利氏電子對(duì)于低碳環(huán)保的承諾與踐行，彰顯出其推進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的決心與努力。
寫在最后
后摩爾時(shí)代，從系統(tǒng)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，不執(zhí)著于晶體管的制程縮小，而更應(yīng)該將各種技術(shù)進(jìn)行異質(zhì)整合的先進(jìn)封裝技術(shù)成為“超越摩爾”的重要路徑。先進(jìn)封裝正成為助力系統(tǒng)性能持續(xù)提升的重要保障，并滿足“輕、薄、短、小”和系統(tǒng)集成化的需求。
作為未來半導(dǎo)體制造的主要技術(shù)路徑之一，先進(jìn)封裝的發(fā)展進(jìn)一步對(duì)材料行業(yè)提出了更高的技術(shù)要求和體量上的驅(qū)動(dòng)。在此趨勢(shì)下，材料供應(yīng)商正逐步走到舞臺(tái)中央，扮演起更重要的角色。
賀利氏電子憑借在封裝材料方面的優(yōu)勢(shì)，率先贏得市場(chǎng)先機(jī)。面對(duì)未來，賀利氏還將不斷推陳出新，以前瞻性的視野和技術(shù)創(chuàng)新，積極應(yīng)對(duì)行業(yè)挑戰(zhàn)，助推先進(jìn)封裝再上新臺(tái)階。
