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先进封装迅速成为全球芯片冲突的新战线, “将重塑半导体制造格局”

合明科技 👁 1824 Tags:半导体封装业务先进芯片封装清洗先进封装

美国总统乔·拜登采取了双管齐下的方式来限制中国的高科技进步,限制中国获得尖端芯片,同时支持美国的半导体生产。他将进一步加大压力,将焦点转移到技术霸权竞争的新兴领域:半导体封装工艺越来越被视为实现更高性能的途径。

只有美国才认识到所谓先进封装的潜力:中国也在利用不受制裁的领域占领全球市场份额,并在制造高端芯片方面取得了前所未有的进展。

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技术分析师 Tirias Research 创始人 Jim McGregor 表示:“封装是半导体行业创新的新支柱,它将彻底改变整个行业。” 对于尚不具备最先进能力的中国来说,“他们在这里提升肯定更容易”,因为它不受美国政府的限制。“封装可以帮助他们弥合差距,”他说。

直到最近,半导体封装业务——将芯片封装在既能保护芯片,又能将芯片连接到其所属电子设备的材料中——充其量只是该行业的事后想法。因此,它被外包,主要外包给亚洲,而中国是主要受益者:根据英特尔公司的数据,如今美国的封装产能仅占全球的 3%。

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然而突然间,先进封装无处不在:英特尔将其视为美国芯片巨头恢复竞争力战略的核心部分;中国将其视为建设国内半导体产能的一种手段;现在华盛顿正在将其作为其自给自足计划的一部分。

《芯片和科学法案》出台一年多后,拜登政府在最近任命了该中心主任后,概述了一项30 亿美元的国家先进封装制造计划的计划。美国商务部副部长劳里·洛卡西奥表示,我们的目标是在本世纪末建立多个大批量封装设施,并减少对亚洲供应线的依赖,因为亚洲供应线构成了美国“无法接受”的安全风险。

一位白宫官员表示,总统“已将确保美国在半导体制造所有要素方面的领导地位作为优先事项,其中先进封装是最令人兴奋和最关键的领域之一”。

随着先进封装迅速成为全球芯片冲突的新战线,一些人认为它早就该出现了。

到目前为止,政府一直把重点放在补贴上,以将芯片制造带回美国,但“我们不能忽视封装,因为缺一不可,”加利福尼亚州共和党众议员杰伊·奥伯诺特(Jay Oberolte)说,他是两名副总统之一,国会人工智能核心小组主席。“如果封装仍然在海外进行,那么即使我们 100% 的芯片制造都在国内进行,也没有关系,”他补充道。

组装、测试和封装——通常被一起视为“后端”制造——一直是半导体行业最不起眼的一端,与制造具有在芯片中测量的功能的芯片的“前端”业务相比,其创新较少,附加值也较低。然而,随着新技术使芯片能够组合、堆叠并增强其性能,芯片的复杂程度正在迅速提高,行业高管称之为拐点。

先进封装无法帮助中国与美国领先的半导体开发竞争,但它可以让北京通过将不同的芯片紧密地拼接在一起来构建更快、更便宜的计算系统。在这种情况下,中国可以将其最新的芯片技术(这种技术价格昂贵且数量可能有限)保留在芯片最重要的部分,并使用较旧的、更便宜的技术来制造执行短板体验管理和传感器控制等其他功能的芯片,将整体整合到一个强大的封装中。

彭博资讯技术分析师 Charles Shum 表示,这是一个“关键的解决方案”。“它不仅提高了芯片处理速度,而且至关重要的是能够实现各种芯片类型的无缝集成。” 他说,其结果是“将重塑半导体制造格局”。

中国长期以来一直将半导体封装技术作为战略重点。根据美国的数据,中国拥有全球组装、测试和封装市场 38% 的份额,位居全球第一。虽然它在先进技术方面落后于台湾和美国,但分析师一致认为,与晶圆加工不同,它处于更有利的位置,能够迎头赶上。

中国贝蒂已经拥有数量最多的后端设施,包括全球第三大封装和测试公司长电科技集团,该公司的收入仅次于台湾日月光集团和美国安靠科技。此外,中国企业正在扩大市场份额,包括长电科技在新加坡收购了先进的工厂,并在家乡江阴建设了先进的封装工厂。

“对于中国来说,先进封装会是一个很好的选择,因为到目前为止,这是一个每个人都投资的安全空间,”研究技术地缘政治的台湾蒙田研究所智囊团的马蒂厄·杜沙特尔 (Mathieu Duchatel)说 。

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现在,华盛顿已经认识到这一点。

突然关注这种特技术原因之一是它对人工智能应用所需的高功率半导体的必要性。事实上,一种被称为基板上晶圆芯片( CoWoS)的特定类型封装的短缺是 Nvidia 公司人工智能芯片生产的一个关键瓶颈。

英伟达 (Nvidia) 的主要芯片制造商台积电 (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) 今年夏天承诺向封装厂投资 30 亿美元,以帮助缓解封锁。首席执行官 CC Wei 在公司第三季度财报电话会议上告诉投资者,公司计划在明年年底前将 CoWoS 产能提高一倍。

台积电先进封装技术副总裁Jun He于10月在台北举行的一次会议上表示,虽然台积电在这项技术上已经研究了12年,但它只是一个利基应用,今年才开始兴起。“我们正在疯狂地建设产能,”Jun He 说道,并补充道,“每个人,甚至可能是星巴克”,都在谈论 CoWoS。

不仅仅是台积电。美光公司正在印度建立一座价值 27.5 亿美元的后端工厂,而英特尔则同意在波兰建造一座价值 46 亿美元的组装和测试工厂,并在马来西亚投资约 70 亿美元用于先进封装。韩国SK海力士去年表示,计划投资150亿美元在美国建设封装工厂。

英特尔首席执行官帕特·基辛格在接受采访时表示,“现在在封装领域拥有一些非常独特的技术”。“如今从事人工智能芯片工作的每个人都会说,哇,这就是我提高人工智能芯片能力的方式。”

一些分析师预测,这将为该领域的公司带来巨大财富。麦肯锡表示,数据中心、人工智能加速器和消费电子产品的高性能芯片将为先进封装技术创造最大的需求。

Jeffries 分析师 Mark Lipacis 和 Vedvati Shrotre 在 9 月 14 日的一份报告中写道,预计使用先进封装的芯片出货量将在未来 18 个月内增加 10 倍,但如果它成为智能手机的标准配置,这一数字可能飙升至 100 倍。该技术是行业“结构性转变”的一部分。

雷蒙多提到的原因是芯片制造正在接近物理学的极限。

在过去的五十年里,芯片的性能不断提高,这在很大程度上得益于生产技术的进步。这些组件现在包含多达数百亿个微型晶体管,使它们能够存储或处理信息。但现在,这条以英特尔创始人的名字命名为摩尔定律的进步之路正面临着根本性障碍,这些障碍使得实现改进变得更加困难且成本高昂。

摩尔定律(更多的是一种观察)指出,芯片上的晶体管数量大约每两年就会增加一倍。随着进展速度放缓,公司“无法每两年以一半的成本、两倍的时钟速度和更低的功率水平提供两倍的晶体管,该行业已开始更多地依赖先进封装”弥补不足的技术,”利帕西斯和什罗特写道。

许多设计师和公司不再将越来越小的元件塞到一块硅片上,而是宣扬模块化方法的好处,即用多个紧密封装在同一封装中的“小芯片”来构建产品。

这就解释了为什么荷兰专业芯片封装工具制造商 BE Semiconductor Industries NV 的价值在过去 12 个月内翻了一番,达到约 98 亿美元,超过费城半导体指数两倍。

与前端制造相关的金额相比,这仍然相形见绌——荷兰公司 ASML NV 几乎垄断了生产尖端半导体所需的机器,其市值接近 2500 亿美元。英特尔位于德国东部城市马格德堡的尖端芯片制造厂耗资 300 亿美元,是其在马来西亚承诺的四倍多。

然而,在爱尔兰的新工厂马格德堡与其具有先进封装能力的波兰工厂之间,“波兰实际上可能是最重要的,”基辛格说。

先进芯片封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。

 


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