半個多世紀以來，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個月到24個月便會增加一倍，即“處理器性能大約每兩年翻一倍，同時價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降至納米級，集成度從幾十個晶體管增加到數(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、原子級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，一個完全規(guī)模工藝節(jié)點的更新周期逐漸延長。英特爾CEO基辛格表示“摩爾定律”的節(jié)奏正在放緩至三年。
這就導致，開發(fā)先進制程芯片的性能增長邊際成本急劇上升，投入產(chǎn)出比逐漸降低。
在摩爾定律減速的同時，計算需求卻在暴漲。隨著人工智能、自動駕駛、5G、云計算等新興技術(shù)的快速發(fā)展，對算力芯片的效能要求越來越高。
多重挑戰(zhàn)和趨勢下，半導體行業(yè)開始探索新的發(fā)展路徑。
其中，先進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)市場調(diào)研機構(gòu)Yole數(shù)據(jù)預測，全球先進封裝市場規(guī)模將由2022年的443億美元，增長到2028年的786億美元，年復合成長率為10.6%，成為封測市場貢獻的主要增量。
巨大市場潛力之下，這個傳統(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，積極布局先進封裝技術(shù)。
產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)齊頭涌入，說明先進封裝技術(shù)不可或缺的同時，也給上游材料市場帶來了增量空間：從傳統(tǒng)封裝到SiP、2.5D、3D等先進封裝，技術(shù)迭代需要更多工藝環(huán)節(jié)，對先進封裝材料的需求增加。以及受益于算力芯片需求、半導體行業(yè)回暖、業(yè)內(nèi)大廠擴產(chǎn)先進封裝產(chǎn)能等因素，將帶動上游材料需求快速增長。
能夠看到，隨著先進封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新，市場參與者和商業(yè)模式正在不斷擴大和演變，這一領(lǐng)域正在迸發(fā)出新的挑戰(zhàn)和機遇。
材料廠商，走到舞臺中央
然而，市場的蓬勃發(fā)展也對封裝材料提出了新的要求。
在近日召開的2024年SEMICONChina展會上，賀利氏電子先進電子材料中國區(qū)業(yè)務開發(fā)經(jīng)理劉錫鋒表示，半導體市場正在持續(xù)變革，5G、人工智能和高性能計算等大趨勢將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。
賀利氏電子先進電子材料中國區(qū)業(yè)務開發(fā)經(jīng)理劉錫鋒
先進封裝技術(shù)通過優(yōu)化芯片間互連，在系統(tǒng)層面實現(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。
在這個過程中，催生了新的材料需求，并且材料性能對先進封裝工藝的影響程度在大幅提升，先進封裝材料成為了支撐先進封裝產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的關(guān)鍵。
對此，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，能夠為客戶提供從材料、材料系統(tǒng)到組件，到全方位技術(shù)服務的完整產(chǎn)品組合，展示提升器件性能的創(chuàng)新材料方案，以滿足半導體行業(yè)大趨勢的需求。
在本次展會現(xiàn)場，賀利氏電子帶來了諸多亮點產(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)級封裝（SiP）、倒裝（FC）等先進封裝領(lǐng)域都有對應的產(chǎn)品方案。
先進封裝材料，迎來新突破
比如錫膏，就是賀利氏電子的優(yōu)勢產(chǎn)品之一。
眾所周知，在“性能更強、尺寸更小”的行業(yè)趨勢的不斷推動下，進一步提升了封裝技術(shù)的復雜性和功能性。先進封裝中的元件數(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，成為電子市場的技術(shù)挑戰(zhàn)。為了滿足當前電子行業(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。
為了應對這些挑戰(zhàn)，賀利氏電子推出了采用領(lǐng)先技術(shù)的新型WelcoAP5207號粉水溶性印刷錫膏，專為應對小型化趨勢而設計，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的細間距應用中具有出色的脫模性能，是用于5G通信、智能穿戴設備和電動汽車等領(lǐng)域的下一代系統(tǒng)級封裝應用中細間距無源器件和倒裝芯片貼裝的理想之選。
此外，借助WelcoAP5207號粉錫膏，倒裝芯片和表面貼裝器件焊盤可實現(xiàn)一體化印制，從而簡化SiP封裝加工步驟，減少固定資產(chǎn)投資和材料成本，同時消除因基板翹曲和/或倒裝芯片放置不均導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)全球主導地位，其錫膏類產(chǎn)品可以在狹小空間進行作業(yè)和生產(chǎn)，且保障品質(zhì)和穩(wěn)定性。
同時，為了在SiP應用中得到一致的優(yōu)異細間距印刷性能，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，都需要被仔細考慮。
其中，對于錫膏流變性和抗坍塌性的平衡是配方設計的重點，這也是賀利氏電子的強項所在。
在本次展會，賀利氏電子帶來的AP500X水溶性助焊劑，適用于微凸點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，適用于高性能計算、內(nèi)存、移動設備等應用的先進半導體封裝。
此外，賀利氏電子的高級封裝產(chǎn)品采用第5級至第8級的精細粉末，專利工藝Welco確保了獨特的粉體特性：Welco粉末具有超低氧攜帶量和極佳的球形度，可適用于細間距應用（低至90μM）。
傳統(tǒng)封裝材料，迸發(fā)新生機
與此同時，在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域，賀利氏電子在廣泛的布局基礎上進行新的創(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與引線框架的內(nèi)接觸點之間，實現(xiàn)電氣連接的微細金屬絲，是半導體封裝幾大必須基礎材料之一，廣泛應用于集成電路、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，以及復合鍵合線等，從當前行業(yè)現(xiàn)狀來看，金線憑借獨特的金屬化學穩(wěn)定性和極具作業(yè)效率的工藝應用優(yōu)勢，仍是很多器件生產(chǎn)中高度依賴的引線鍵合材料，尤其是存儲類產(chǎn)品。隨著電子設備不斷地更新?lián)Q代，其對內(nèi)存容量的需求越來越高，半導體廠商對于降低生產(chǎn)成本的需求也越來越迫切。尤其是在當前金價不斷攀升的趨勢下，問題愈發(fā)突出。
對此，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，這也是今年展會上主打的特色產(chǎn)品之一。
劉錫鋒強調(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)鍵合線的供應商。而賀利氏電子本次生產(chǎn)的AgCoatPrime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，尤其是在高溫存儲測試（HTS）中，金包銀線比傳統(tǒng)金線更有優(yōu)勢，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，因此廠商無需對生產(chǎn)設備和設施進行投資或改造，可幫助半導體廠商顯著降低凈成本。
AgCoatPrime可替代金線被視為競爭激烈的存儲器件、LED和高端智能卡市場的理想選擇。這種鍍金銀線能夠以更低的成本確保高性能。而且，賀利氏電子會為客戶提供全方位的支持，幫助其優(yōu)化AgCoatPrime的實際應用。
據(jù)悉，AgCoatPrime自去年正式推向市場以來，已經(jīng)與多家客戶展開了材料驗證工作，國內(nèi)外很多存儲原廠已經(jīng)成為或即將成為合作客戶。
賀利氏電子開發(fā)的AgCoatPrime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)先的鍵合線供應商，賀利氏電子在為存儲器件市場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完整系統(tǒng)中所需的專業(yè)技術(shù)知識，而且對如何優(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、強大應用能力和全面材料專業(yè)知識相結(jié)合，支持客戶實現(xiàn)自己的開發(fā)目標，幫助客戶節(jié)省時間成本，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)封裝向先進封裝的快速演進，還是AI、自動駕駛、高性能計算等技術(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。
劉錫鋒對此表示，賀利氏電子是一個以研發(fā)為主導的企業(yè)，帶著觀察的眼睛，觀察市場、觀察客戶，從中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的挑戰(zhàn)，進而嘗試把挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為機會。
而要實現(xiàn)這個商業(yè)模式和目標的背后，歸功于賀利氏電子具備強大的研發(fā)團隊優(yōu)勢，可以迅速交付創(chuàng)新性的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務給到客戶，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，面對中國半導體材料行業(yè)的國產(chǎn)替代趨勢，劉錫鋒希望看到中國本土產(chǎn)業(yè)鏈蓬勃發(fā)展。他認為，在良性的競爭環(huán)境下，有壓力才有動力。相比行業(yè)友商，賀利氏電子作為一家國際型公司，其優(yōu)勢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目成果和成功經(jīng)驗，更好的幫助客戶解決挑戰(zhàn)，縮短產(chǎn)品落地周期。這個價值是國內(nèi)友商無法取代和替代的。
與此同時，賀利氏電子也在積極進行中國本土化布局，在上海設立了創(chuàng)新中心和研發(fā)實驗室。國內(nèi)還有多個生產(chǎn)基地，旨在實現(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，當時的主要想法是要實現(xiàn)“ChinaforChina”，這是賀利氏電子非常重要的一項戰(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)和測試，將內(nèi)部研發(fā)與面向客戶的工程服務相輔相成。劉錫鋒向筆者表示：“賀利氏電子正在從一個傳統(tǒng)的材料制造商，變成材料解決方案的提供商，本地化的應用中心、創(chuàng)新中心能把我們的技術(shù)直接在實驗室里去呈現(xiàn)，為客戶提供芯片組裝以及元器件焊接和測試等服務，讓客戶更直觀的了解到材料工藝統(tǒng)籌方案的賦能價值，大幅縮短客戶的研發(fā)周期。”
“上海創(chuàng)新中心的目標是希望在研發(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性地優(yōu)化每一步的工藝，縮短研發(fā)進程并提高產(chǎn)品首次成功率，快速導入市場。”他補充道。
經(jīng)過多年發(fā)展，上海創(chuàng)新中心如今在功率半導體、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“ChinaforChina”邁向“ChinaforGlobal”，不少成果已經(jīng)在賀利氏海外基地投產(chǎn)，廣泛服務于國際客戶。
此外，賀利氏還在江蘇常熟、山東招遠等地建立了生產(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)設施，充分踐行“在中國，為中國”理念，旨在打造中國本土供應鏈，貼近客戶，對客戶需求做出快速反應，更好為中國市場服務。
不難發(fā)現(xiàn)，中國作為最重要的市場之一，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，助推中國半導體市場煥發(fā)新生。
封裝材料的下一個突破點
當前，先進封裝市場正快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈廠商都在時刻關(guān)注先進封裝產(chǎn)業(yè)趨勢變化，從而厘清產(chǎn)業(yè)變化的增量環(huán)節(jié)。
先進封裝材料是先進封裝產(chǎn)業(yè)鏈核心上游，先進封裝技術(shù)的發(fā)展離不開封裝材料的支撐。
尤其是在AI、5G、新能源、電動汽車等蓬勃發(fā)展的今天，半導體芯片輕量化、高集成化的趨勢愈發(fā)明顯，對封裝提出了更嚴苛的要求。
在此趨勢下，賀利氏電子將繼續(xù)帶著“觀察”的眼睛，嘗試攻克下一個業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)。
劉錫鋒認為，中國大陸目前在先進封裝工藝中略顯薄弱，更多高端先進工藝仍被海外玩家掌握。以臺積電CoWos為例，其優(yōu)勢在前半段“ChiponWafer”，而中國廠商的發(fā)力點大多是在“WaferonSubstrate”。在此情形下，國內(nèi)市場和企業(yè)應著眼當下，立足WaferonSubstrate，著眼向ChiponWafer發(fā)展，爭取能夠躋身到前道工藝的玩家陣營。
面對未來，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，也將加強在先進封裝領(lǐng)域的布局，洞察市場在先進封裝過程中面臨的共性挑戰(zhàn)。比如芯片級熱界面材料（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，試圖解決行業(yè)痛點。
同時，也將向2.5D、3D等更先進的封裝類型靠攏，旨在通過材料上的變革，給客戶全新的解決方案，攻堅克難。
除此之外，在碳中和、碳達峰的大背景下，賀利氏電子也率先開展了創(chuàng)新實踐，為了積極響應可持續(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。
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、碳達標的指標。
這項舉措，進一步體現(xiàn)了賀利氏電子對于低碳環(huán)保的承諾與踐行，彰顯出其推進半導體產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的決心與努力。
寫在最后
后摩爾時代，從系統(tǒng)應用為出發(fā)點，不執(zhí)著于晶體管的制程縮小，而更應該將各種技術(shù)進行異質(zhì)整合的先進封裝技術(shù)成為“超越摩爾”的重要路徑。先進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。
作為未來半導體制造的主要技術(shù)路徑之一，先進封裝的發(fā)展進一步對材料行業(yè)提出了更高的技術(shù)要求和體量上的驅(qū)動。在此趨勢下，材料供應商正逐步走到舞臺中央，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，率先贏得市場先機。面對未來，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，積極應對行業(yè)挑戰(zhàn)，助推先進封裝再上新臺階。
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