《先进封装强势崛起,影响IC产业格局》

  • 来源专题:集成电路封测
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2019-09-15
  • 摩尔定律的延伸受到物理极限、巨额资金投入等多重压力,迫切需要别开蹊径延续工艺进步。而通过先进封装集成技术,可以更轻松地实现高密度集成、体积微型化和更低的成本。封装行业将在集成电路整体系统整合中扮演更重要的角色,也将对产业的格局形成更多影响。随着先进封装的推进,集成电路产业将展现出一些新的发展趋势,有先进封装的集成电路产业样貎将会有所不同。

    先进封装增速远超传统封装

    当前社会正处于新技术与新应用全面爆发的背景下,移动设备、大数据、人工智能、5G通信、高性能计算、物联网、智能汽车、智能工业等快速发展。这些技术与应用必将对底层芯片技术产生新的需求。据麦姆斯咨询的介绍,支持这些新兴大趋势的电子硬件需要高计算能力、高速度、更多带宽、低延迟、低功耗、更多功能、更多内存、系统级集成、更精密的传感器,以及最重要的低成本。这些新兴趋势将为各种封装平台创造商机,而先进封装技术是满足各种性能要求和复杂异构集成需求的理想选择。

    目前来看,扇出型封装(FOWLP/)、系统级封装(SiP)、3D封装是最受关注的三种先进封装技术。扇出型封装是晶圆级封装中的一种,相对于传统封装具有不需要引线框、基板等介质的特点,因此可以实现更轻薄短小的封装。根据IC Insight预计,在未来数年之内,利用扇出型封装技术生产的芯片,每年将以32%的增长率持续扩大,2023年扇出型封装市场规模将超过55亿美元。

    系统级封装可以将一个或多个IC芯片及被动元件整合在一个模块中,从而实现具有完整功能的电路集成,它也可以降低成本,缩短上市时间,同时克服了SoC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等难题。

    3D封装通过晶圆级互连技术实现芯片间的高密度封装,可以有效满足高功能芯片超轻、超薄、高性能、低功耗及低成本的需求,被大多半导体厂商认为是最具有潜力的封装方法。

    总之,在市场需求的带动下,越来越多先进封装技术被开发出来,先进封装的市场占比将会进一步扩大。统计数据显示,从2017年到2023年,整个半导体封装市场的营收将以5.2%的年复合增长率增长,而先进封装市场将以7%的年复合增长率增长,市场规模到2023年将增长至390亿美元,传统封装市场的复合年增长率则低于3.3%。

    展现三大发展趋势

    随着先进封装技术的发展以及市场规模的扩大,其对于整个集成电路产业结构将产生越来越大的影响。首先是中段工艺的出现并逐渐形成规模。随着传统封装技术向先进封装过渡,有别于传统封装技术的凸块(Bumping)、再布线(RDL)、硅通孔(TSV)等中段工艺被开发出来,并且开始发挥重要作用。中芯长电半导体首席执行官崔东表示,仅靠缩小线宽的办法已经无法同时满足性能、功耗、面积,以及信号传输速度等多方面的要求,因此半导体企业开始把注意力放在系统集成层面来寻找解决方案,也就是通过先进的硅片级封装技术,把不同工艺技术代的裸芯封装在一个硅片级的系统里,兼顾性能、功耗和传输速度的要求。这就产生了在硅片级进行芯片之间互联的需要,进而产生了凸块、再布线、硅通孔等中段工艺。而中段硅片加工的出现,也打破了前后段芯片加工的传统分工方式。

    其次,制造与封装将形成新的竞合关系。由于先进封装带来的中段工艺,封测业和晶圆制造业有了更紧密的联系,在带来发展机遇的同时,也面临着新的挑战。中段封装的崛起必然挤压晶圆制造或者封装测试业的份额。有迹象表明,部分晶圆厂已加大在中段封装工艺上的布局。晶圆厂有着技术和资本的领先优势,将对封测厂形成较大的竞争压力。传统封测厂较晶圆制造业相比属于轻资产,引入中段工艺后,设备资产比重较传统封装大大增加,封测业的先进技术研发和扩产将面临较大的资金压力。

    最后,推动集成电路整体实力的提升。后摩尔时代的集成电路产业更强调产业链的紧密合作,强化产业链上下游之间的内在联系,要求各个环节不再是割裂地单独进行生产加工,而是要求从系统设计、产品设计、前段工艺技术和封测各个环节开展更加紧密的合作。企业对于先进封装业务的竞争,最终还需表现为产业链之间综合实力的竞争。

    中国应加快虚拟IDM生态链建设

    近几年中国集成电路封测产业实现了高速发展,有了长足的进步,然而国内集成电路封测产业链整体技术水平不高也是不争的事实。半导体专家莫大康认为,中国现在非常重视集成电路产业,推动先进封装业的发展就是非常必要的了。中国的封装测试是集成电路三业(设计、制造、封测)中起步最早的,与国际水平差距也比较小,因此完全有能力发展起来。

    华进半导体总经理曹立强在近日的演讲中再次提出,推动国内“EDA软件—芯片设计—芯片制造—芯片封测—整机应用”集成电路产业链虚拟IDM生态链的建设,以市场需求牵引我国集成电路封测产业快速发展。集成电路的竞争最终会表现为产业链之间综合实力的竞争,先进封装的发展需要从工艺、设备和材料等方面的协同。

    在新的技术趋势和竞争环境下,集成电路产业越来越表现为产业链整体实力的竞争。过去几年,国际半导体制造公司纷纷加大力度向先进工艺挺进,在持续大规模资本投入扩建产能的带动下,一些半导体制造大厂同样具备了完整的先进封装制造能力。

    应对这样的产业形势,曹立强指出,重点在于突破一些关键性技术,如高密度封装关键工艺、三维封装关键技术、多功能芯片叠层集成关键技术、系统级封装关键技术等。建设立足应用、重在转化、多功能、高起点的虚拟IDM产业链,解决集成电路产业领域的关键技术,突破技术瓶颈。

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    • 编译者:guokm
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    • 11月下旬,北京初冬的寒意难掩氢能源市场的火爆。在延庆区延庆镇庆园街919路公交总站,加氢站员工正在将氢气注入新能源大巴车。这是中国石化最新建成的一座加氢站。 在政策推动下,氢产业站上风口。业内人士透露,氢能顶层设计文件有望在近期出台。中国证券报记者调研发现,化石能源制氢是我国主要制氢来源,占比六成以上,但其存在高碳排放量的“灰氢难题”。伴随清洁能源产业快速发展,电解水制“绿氢”迎来曙光。 政策鼎力支持 “延庆区还有两座加氢站正在抓紧建设,加上此前建成投产的中国电力中关村延庆加氢站以及距庆园街约5公里的北京石油王泉营加氢站,5座加氢站将共同承担冬奥会的氢能保障工作,届时可实现日加注氢气6.2吨。”上述加氢站负责人介绍,庆园街加氢站每天可为80辆12米公交巴士提供加氢服务,日供氢能力可达1500公斤。 中国石化董事长马永生告诉中国证券报记者,公司将氢能作为新能源核心业务加速发展,未来五年初步计划总投资超过300亿元。“十四五”期间,中国石化规划建设加氢站1000座,加氢服务能力达到20万吨/年。中国石化拥有3万座加油站,拥有发展氢能业务的网络优势。 政策推动充电、加氢等设施建设,引导鼓励氢燃料电池产业发展。同时,为深入打好污染防治攻坚战,将实施清洁柴油车(机)行动,推动氢燃料电池汽车示范应用,有序推广清洁能源汽车。 11月18日,交通运输部印发《综合运输服务“十四五”发展规划》,提出加快充换电、加氢等基础设施规划布局和建设。北京、山东等地纷纷出台氢能产业发展规划及实施方案,并制定了具体建设目标。根据《北京市氢能产业发展实施方案(2021-2025年)》,2025年前培育10家至15家具有国际影响力的产业链龙头企业,京津冀区域累计实现氢能产业链产业规模1000亿元以上。 中国氢能联盟数据显示,到2025年我国氢能产业产值将达1万亿元,氢气需求量将接近6000万吨,实现二氧化碳减排约7亿吨。 氢能被认为是极具发展前景的二次能源,具有清洁低碳、高热值、高转化率等优势。发展氢能对于能源领域节能减排、深度脱碳、提高利用效率意义重大。氢能产业链涉及广泛,包含上游制氢、中游储运及下游应用等环节。 发展“绿氢”成共识 在宝丰能源光伏制氢工厂,标有“绿氢H2”“绿氧O2”的大型储气罐在阳光下矗立,车间里多个氢分离器、氢气纯化装置有序排列,而距离工厂1公里的地方一片片光伏发电板镶嵌在旷野里。 宝丰能源氢能项目负责人王箕荣告诉中国证券报记者,成片的光伏发电板组成20万千瓦光伏发电装置,加上产能为每小时2万标方氢气的电解水制氢装置,共同组成宝丰能源氢能产业项目。 “以光伏产生的电能作为动力,使用电解槽制取‘绿氢’和‘绿氧’,进入宝丰能源的烯烃生产系统,替代过去的煤。‘绿氢’综合制造成本仅为0.7元/标方。”王箕荣预计,该项目年底前将有30台电解槽投产,全部投产后可年产2.4亿标方“绿氢”和1.2亿标方“绿氧”,每年减少煤炭资源消耗约38万吨,减少二氧化碳排放约66万吨。未来,公司将向制氢储能、氢气储运、加氢站建设方向综合发展,并通过与城市氢能源示范公交线路协作等方式拓展应用场景,实现氢能全产业链一体联动。 “绿氢”是指通过可再生能源转化的电力电解水所制备的氢气。电解水技术主要包括碱性水电解技术、质子交换膜(PEM)电解水技术以及固体氧化物电解槽技术。 今年3月,隆基股份与朱雀投资合资成立氢能公司。隆基股份总裁李振国对中国证券报记者表示,发展“绿氢”需从降低电解水制取设备以及光伏发电成本方面着手。同时,提高电解槽效率,降低电耗。隆基股份的“光伏+制氢”模式,选择碱性水电解作为发展方向。 “从设备制造成本看,质子交换膜电解水的电极材料选用铂、铱等贵金属,设备制造成本居高不下。而碱性水电解选用镍作为电极材料,成本大幅降低,可以满足将来电解水制氢市场的规模化需求。”李振国表示,近10年来,碱性水电解设备的制造成本已降低60%,未来通过技术和生产装配工艺升级,可进一步降低设备制造成本。 在降低光伏发电成本方面,李振国认为主要包括两部分:降低系统成本和提升生命周期发电量。“在全年光照1500小时以上地区,隆基的光伏发电成本技术上可以达到0.1元/度电。” 联美控股计划布局氢气存储及加氢站建设运营等环节。联美控股总工程师武海滨表示,氢能机会蕴藏在交通运输、燃料电池以及储能领域,氢能市场将是万亿元甚至十几万亿元规模的大市场。 加氢站设备供应商厚普股份董秘胡莞苓告诉中国证券报记者,厚普股份加大氢能源领域投资,已在加氢站设备领域成功研发出多项核心零部件,填补了国内多项技术空白,且成本不断下降。在加氢站建设领域,厚普股份已逐步形成从设计到部件研发、生产、成套设备集成、加氢站安装调试和售后服务等覆盖整个产业链的服务能力。“厚普股份与中国石化在加氢站建设方面有直接合作,将不断深化完善产业链,目前正在研究开发低压固态储氢装备及活塞式氢气压缩机等。”胡莞苓说。 中泰股份专注氢能储运。公司董秘周娟萍表示,氢储运需要将其液化。公司的板翅式换热器已在大型制氢实验装置中采用。氢气液化是深冷技术的制高点,也是公司研发的立足点。“‘绿氢’方面,将依托我们的工程能力,与电解水厂家合作,将氢液化后储运。总体思路是降低提纯、液化成本,解决运输问题。”周娟萍说。 此外,美锦能源将把上游氢气供应、中游装备制造和下游运营打造成产业平台,为后期的清洁能源产业发展提供支撑。 资源共享突破瓶颈 目前,氢能产业发展仍存诸多掣肘。 有研科技集团首席专家蒋利军告诉中国证券报记者,从制氢环节看,目前比较成熟的制氢方法有碱性水电解、水煤气和重整制氢等,而PEM等新型电解水制氢方法正在加快推进。“我国碱性水电解制氢装备在成本上具有竞争力,但能效偏低,制取1立方米氢综合能耗为5至5.5度电,而国外可以控制在5度电以下。” 储氢是目前氢能产业发展的一大瓶颈。蒋利军认为,理想的储氢方式要求高储氢密度、快速吸/放氢速度,同时要求使用寿命长、安全性能好、成本低。“目前,70兆帕下的高压储氢技术已在燃料电池汽车中广泛使用。高压车载储氢技术已能满足燃料电池汽车行驶500公里的要求,但仍需降低成本,提高储氢密度。”而氢燃料电池的关键材料、氢气循环泵等设备依赖进口,存在技术壁垒,燃料电池可靠性也亟待提高。 氢能产业链长,涉及的关键核心技术多。中集集团总裁战略顾问郑贤玲表示,不少核心技术如燃料电池、PEM制氢、液态储氢、碳纤维材料等与世界先进水平还存在差距。 国金证券分析师张帅认为,我国已在氢能产业链上取得不少进步。氢能产业发展是逐步推进的过程,包括“足够量的氢”“足够量且便宜的氢”以及“足够量且便宜的‘绿氢’”。 蒋利军建议,以应用为导向,以系统集成为主线,加快解决材料和部件的自供问题;以企业为主导,以资本为纽带,集中国内优势单位,建立协同创新联盟,上下游密切结合,资源共享,快速研发;燃料电池汽车和分布式电站同步发展,分布式发电与可再生能源微电网密切结合。初期在示范车辆不足的情况下,加氢站宜建混合站,以油养氢。 “氢能核心关键技术已具备规模化生产条件,原理上实现了闭环。未来在物联网体系下,PEM制氢、可再生能源与氢的耦合可以获得更高的综合效率。”郑贤玲说。
  • 《深圳集成电路产业解读 将规划IC设计产业园》

    • 来源专题:集成电路设计
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2019-08-31
    • 8月22日,2019中国(深圳)集成电路峰会在深圳举办。在峰会上,深圳市科技创新委员会副主任钟海对深圳市集成电路产业发展进行了解读。 作为全国集成电路产业重镇,深圳市IC产业结构特点非常明显——设计业为主。钟海表示,2018年深圳IC设计业销售收入731.8亿元、占比达90.1%,在全国IC设计产业中占比29.05%,已连续7年位于全国第一。此外,深圳IC设计业近年来仍保持着迅猛的发展态势,最近5年平均增长率在25%以上,最近三年增长率更是接近了30%。 钟海进一步介绍称,2018年深圳设计企业数量166家,其中一家企业(海思)销售收入超百亿、四家企业超十亿,在全国设计十强企业中深圳企业占据三席,分别取得第一、第六、第七,IC设计从业人员达到23255人,同比增长31%,专利申请数达3704件、同比增长46.3%。 在钟海看来,深圳IC设计产业拥有以下特点:IC设计企业重视知识产权,专利数量持续增长;IC设计水平持续提升,最小特征线宽达到7纳米;龙头IC设计企业优势明显,资源向大企业集中;整机和互联网等应用企业向产业的底层延伸,涉足IC研发;深圳市场活跃,5G、人工智能、智能驾驶、IoT等新兴领域浮现。 不过,相对于强大的设计业,2018年深圳IC封测业的规模与2017年持平,在高端的封测业有待加强,IC制造业方面则还是略显单薄。钟海指出,深圳IC产业链存在设计强、制造封装弱的短板,上下游协作成本高,高端制造和封装环节缺失,对设计产业发展也产生影响。 纵观2019年上半年,钟海表示我国集成电路累计产量同比下降,进口金额继续保持缩减态势,出口金额同比增长。 在此大环境下,上半年深圳集成电路产业总体平稳增长,受外部环境影响,部分企业业务业态受影响、部分企业业绩下滑;此外,今年上半年还出现了一个明显特点——产业链不确定性因素增加,深圳整机厂商芯片来源多样化。 近两年来,深圳加速集成电路产业发展,相继成立了深圳第三大半导体创新研究院、深圳先进电子材料国际创新研究院,国家“核高基”EDA重大专项落户深圳,南方科技大学深港微电子学院获批列入国家示范性微电子学院,广东省5G中高频器件创新中心亦在深圳正式挂牌。 钟海表示,未来深圳IC基地将打造“多区、多分园、连锁服务”的服务模式,大力支持和服务深圳IC企业做大做强,为深圳集成电路产业发展提供空间保障、政策供给、人才引领、源头创新、强链补链、投资环境等支持措施与服务体系。 如在空间保障方面,深圳在留仙洞规划面积达约10万平米的IC设计产业园,实现产业聚集发展;实施多区多园战略,在深圳各区建设IC专业园,扩充产业空间。 在政策方面,深圳今年发布了《深圳市进一步推动集成电路产业发展行动计划(2019-2023年)》和《加快集成电路产业发展若干措施》。 产业链方面,钟海表示深圳将支持设计业进一步发展,支持特色先进制造和封装产业在深圳落地发展,和设计业的协同促进作用。 这次峰会上,共建集成电路产学研协同育人平台、共建国家深圳IC基地坪山园和基地分平台、共建国家深圳IC基地福田园和国家“芯火”深圳平台三个平台成功签约。