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近日,全球存储芯片龙头SK海力士欲在韩国投资逾10亿美元,以优化芯片封装工艺、扩大高带宽内存(HBM)封装产能。

随着AI、物联网、无人驾驶、MR等科技飞速发展,芯片需求量持续增长,先进封装产能紧缺,各龙头厂商加大扩产力度:
台积电等晶圆代工厂,英特尔、三星等IDM厂商,日月光等封测厂商纷纷增加先进封装产线。


先进封装概览

半导体制造可分为芯片设计、晶圆制造、封装测试三大环节;封装是将晶圆进行切割、焊线,使芯片电路与外部器件实现连接。
随着芯片制程接近物理尺寸极限,通过先进封装对芯片进行封装级重构,从而提升芯片性能成为了新发展趋势。
先进封装就是将原来需要一次性流片的大芯片,改为制造若干颗小面积芯片,然后通过先进封装工艺,将这些芯粒组装成大芯片。
先进封装种类包括:倒装(FlipChip)、凸块(Bumping)、硅通孔(TSV)、晶圆级封装(WLP)、2.5D封装、3D封装。
相关阅读:《SK海力士加码HBM封装产能:2.5D/3D先进封装厂商梳理》

半导体设备概览

半导体设备技术壁垒高,研发难度大、周期长,是整个半导体产业最关键环节之一。
按工艺流程,可分为前道设备(晶圆制造)和后道设备(封装测试)。
前道设备:光刻设备、显影设备、刻蚀设备、去胶设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、抛光设备等。
后道设备:划片机、减薄机、固晶机、键合机、模塑机、电镀设备、清洗设备等。

先进封装设备

先进封装在晶圆划片前融入封装工艺步骤,处于晶圆制造(前道)和芯片封测(后道)之间。
先进封装设备由封装原有设备、新增中前道设备构成:
(1)封装原有设备:划片机、减薄机、固晶机、键合机、模塑机、电镀设备、清洗设备
(2)新增中前道设备:光刻机、涂胶显影设备、薄膜沉积设备、刻蚀设备

核心增量环节(前道设备)

1 光刻机

光刻是将芯片电路图从光刻版转印到晶圆表面的光刻胶上。光刻是晶圆生产核心环节,光刻机是半导体设备技术壁垒最高的设备。
2.5D/3D封装需要TSV打孔实现堆叠芯片之间的垂直互联互通,钻孔需要光刻与刻蚀配合完成。
全光刻机厂商主要为阿斯麦ASML尼康Nikon、佳能Canon;其中ASML占据82%全球市场份额,垄断高端EUV市场。
国内光刻设备厂商包括:上海微电子、芯碁微装

2 涂胶显影设备

涂胶显影机作为光刻机的输入(曝光前光刻胶涂覆)、输出(曝光后图形显影),完成光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等工艺。
全球范围内,东京电子TEL一家独大,市场份额87%,其他厂商包括:迪恩士DNS、苏斯微SUSS、亿力鑫ELS、芯源微
芯源微:国内唯一提供高端涂胶显影设备厂商,产品包括涂胶显影设备、湿法设备(清洗机、去胶机、刻蚀机)。

3 薄膜沉积设备

薄膜沉积是在半导体衬底材料上镀膜,在先进封装中,TSV在电镀前要先沉积种子层。
薄膜沉积设备由国际巨头垄断,包括应用材料AMAT、东京电子TEL、泛林Lam。
国内厂商包括:拓荆科技北方华创中微公司
拓荆科技:国内半导体薄膜沉积设备头部厂商,产品包括PECVD设备、ALD设备、SACVD设备。
北方华创:国内半导体设备龙头厂商,ICP刻蚀机国内领先,也是氧化/扩散炉、PVD设备龙头,覆盖芯片制造主要环节。

4 刻蚀设备

等离子蚀刻机使用干刻工艺进行薄膜刻蚀,从基材表面移除掉不需要的部分。
目前国内刻蚀机技术已处于国际先进水平,主要厂商包括:中微公司北方华创富创精密
中微公司:刻蚀设备龙头企业,产品包括刻蚀设备,MOCVD设备,VOC设备,介质刻蚀机已应用于3nm芯片生产线。


核心增量环节(后道设备)

1 划片机

划片机用于晶圆划片、分割,将芯片从其母片或衬底上切割下来。
全球主要厂商包括:DISCO、东京精密、光力科技
光力科技:半导体切割、划片设备国内龙头厂商。

2 减薄机

减薄机用于对晶圆进行切割和研磨,使其达到要求厚度,实现紧凑型堆叠和高密度封装。
减薄机技术攻关难度大,日本DISCO、东京精密占据全球95%份额, 国内厂商有华海清科
华海清科:国产CMP设备龙头厂商,全球市占率4%。

3 模塑机

模塑分为注塑成型、压塑成型两种工艺;压塑成型可实现超大超薄型基板封装。
全球主要厂商包括:TOWA、YAMADA、文一科技耐科装备
文一科技:半导体封测设备供应商,产品包括封装模具、分选机、塑封压机、点胶机等。

4 电镀设备

电镀的原理是通过电化学反应,在半导体表面沉积必要的金属层,电化学沉积是主要工艺。
电镀设备主要厂商包括:AMAT、LAM、盛美上海

5 清洗设备

在半导体制造过程中,晶片表面往往会附着金属颗粒、有机物、氧化物等,需要对晶片进行清洗。
清洗设备由全球龙头迪恩士、TEL、LAM、SEMES所垄断,合计市占率90%;国内厂商包括:盛美上海至纯科技
盛美上海:半导体清洗设备龙头,产品为半导体清洗设备、电镀设备、先进封装湿法设备。