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电子行业:先进封装深度报告


时间: 2024-09-24 12:04:54 |   作者: 制造中心

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  设计公司研发人员首先完成芯片的寄存器级的逻辑设计和晶体管级的物理设计,验证通过的电路版图交付给代工厂;

  晶圆代工厂专门从事半导体晶圆制造生产,接受IC 设计公司委托制造,自身不从事设计,其产品是包含成百上千颗晶粒(每颗晶粒就是一片IC)的晶圆;

  封装厂通过多道封装工序引出晶粒I/O 焊盘上的电子信号并制作引脚/焊球,实现芯片与外界的电气互连;

  测试环节是IC制造的最后一步,作用是验证IC 是否能按设计功能正常工作。

  (2)半导体行业摩尔定律指出,单位面积芯片上集成的晶体管数每隔18 个月增加一倍(芯片面积减小50%),其背后驱动力是行业对高性能、低功耗芯片的不断追求,并导致芯片不断小型化,同时从降低芯片流片成本、节约电路板空间考虑也要求芯片面积缩减。

  纳米级工艺制程降低可降低集成电路的工作电压和CMOS 晶体管驱动电流,由此减少功耗,同时小尺寸的器件减小了晶体管和互连线寄生电容,提高了芯片的工作频率和性能。

  (1)PC、笔记本电脑、手机/平板等传统消费电子科技类产品的工业设计美观性、便携性、功能性以及电池续航时间的消费需求驱动半导体元器件产业不断朝小型化、低功耗方向发展。

  (2)未来电子行业的发展趋势是可穿戴设备和 MEMS(微机电系统),可穿戴设备/MEMS 自身产品特性和应用场合(可穿戴设备要求轻薄化和智能化,MEMS 工作在微小空间)对半导体元器件小型化的要求进一步加大。

  苹果 iWatch 包含无线/蓝牙、生物感测、电源管理和微控制器等模块,屏幕表面弯曲且尺寸不超过1.5 英寸,电路板芯片布局布线难度增加,同时还需要仔细考虑和iPhone 相同的电池使用时间问题,小型低功耗芯片是最好的解决方案;

  MEMS是集微型传感器和执行器于一体的微型机电系统,大范围的应用于消费电子、生物医疗、汽车电子和军工领域,如iPhone/iPad 中使用的加速度传感器和陀螺仪,进行精细外科手术必备的微型机器人和汽车发动和刹车系统中使用的压力传感器。

  (1)目前可以在一定程度上完成量产的最新晶圆代工制程为20nm,但已接近硅材料和芯片加工工艺的物理极限,未来进步空间存在限制,博通公司CTO 在IEDM 国际电子元件会议上称现有半导体制程将在5nm 阶段达到极限。

  5nm制程对应约10 个硅原子的直径宽度,该情形下CMOS 晶体管介电厚度非常薄,易发生“隧穿效应”(电子穿过栅极产生漏电流),破坏晶体管的工作特性;

  由于掩膜板图案条纹更细,关键工艺步骤光刻(Lithography)将产生更严重的衍射问题,使电路图形转移时产生圆弧变形,光学邻近效应矫正工具(OPC)解决最新制程下的衍射问题已非常困难。

  (2)晶圆代工属于重资产的资金密集型行业,购买设备所需投资额巨大,从开发更先进制程(更小的工艺特征尺寸)的角度使芯片面积缩小的的性价比在变低。

  制程继续发展要求代工厂购买控制精度更高的光刻机、刻蚀机和化学沉淀等关键设备(占比总投资成本80%)以适应半导体新工艺、新材料和新结构。

  (1)芯片面积可分为裸芯面积和封装增量面积两部分,传统封装的封装效率(裸芯面积/基板面积)较低,存在巨大改进空间以解决裸芯面积受限于制程极限后的芯片小型化问题,理想情况下封装效率可接近100%。

  (2)晶圆代工是纳米级微细操作,理论上新出现制程可以让芯片面积减半,但在实际设计实现过程中面临更为复杂的布局、布线%,芯片侧面引脚/底部焊球间距通常为几百微米,因而封装是微米级操作,效率高的封装技术对缩小芯片效果更为直接和明显。

  QFP封装效率最高为30%,面积减少70%,同理DIP、BGA 芯片面积至少减少93%和50%。

  (3)先进封装是于上世纪 90 年代陆续出现的可处理I/O 引脚数大于100 或引脚/焊球间距小于0.5mm的芯片的新型封装技术。

  (4)先进封装的优点是芯片面积小、厚度薄、散热性好、性能强,方便实现多芯片或系统集成以实现复杂功能,同时可降低封装成本。

  工信部将牵头成立规模达1200 亿的国家集成电路扶持基金(出资人为财政部、社保基金等),重点支持芯片制造、芯片封装、芯片设计和上游生产设备领域,此外展讯高层于去年12 月透露,国家将在未来10 年内投资1 万亿将我国打造成半导体大国。

  (1)对比芯片设计和制造,芯片封装行业具有投入资金小、建设速度快的特点,依靠成本和地缘优势,国外产能向大陆转移明显,芯片封装是全球半导体产业链上国内企业涉足最多的环节。

  国内仍以中低端通用 IC 为主,高端IC 仍需依靠反向工程,晶圆代工厂从日本和欧美地区采购的设备对应制程相对落后(中芯国际目前能够量产的最先进工艺为40nm),全球市场切入程度有限;

  国内封装行业起步早,发展最迅速,2013 年大陆封测产值为167 亿美元(全球封测业产值251 亿美元,其中封装占比约80%),全球市场占有率达67%。

  《信息产业科技发展“十一五规划”和2020 年中长期规划纲要》提出重点发展集成电路关键技术,包括 MEMS 技术和新型、高密度集成电路封装测试;

  2011年工信部和商务部将线nm 以下的芯片封装归入当前优先发展的高技术产业领域;

  2011年《集成电路产业“十二五”发展规划》指出全力发展先进封装和测试技术,推进高密度堆叠型3D 封装产品进程,支持封装工艺技术升级和产能扩充。

  (1)国内普通封装企业两千余家,但大部分从事中低端产品封装,国内具备先进封装能力的只有长电科技、南通富士通、华天科技等不到10 家企业。

  国内大部分半导体封装公司主要生产中低端产品如DIP、SOP、TSOP、QFP、LQFP 等,与国际先进封装技术相比,无论是封装形式还是工艺技术都存在差距。

  (2)目前先进封装只占比总封装产值 5-10%,IC 轻薄和小型化、高性能、高可靠性、低功耗、短开发周期以及系统集成等需求将推动先进封装渗透率进一步提高。

  (3)2016 年采用FC、WLCSP、SIP 和3D IC等技术的先进封装产品出货量预计将超过3000 万晶圆,假设封装价格300 美元/片,市场规模将超90 亿美元。

  电子巨头们为了更好的提高芯片性能,减少相关成本,微小化(可穿戴设备的发展),慢慢的变多的开始使用先进封装。

  (4)LED 采用Flip Chip(配合TSV)成本优势巨大,三星已在LED TV 背光源开始使用倒装芯片,台湾晶电、璨圆、新世纪接到订单。

  、先进封装的本质是以“点替代线”实现电气互连(1)封装的本质是:实现电气互连

  、TSV 和Bumping(Copper Pillar)是决定封装先进性的核心制程(1)TSV(Through Silicon Via,硅通孔)工艺通过在晶粒内部打垂直通孔并填充金属(Cu/W),将晶粒正面焊盘上的I/O 信号引至背面,以此来实现3D IC内部各层晶粒间的垂直互连,是SiP/3D 封装中的关键工序。

  制造工艺包括通孔制造,绝缘层、阻挡层制备,通孔金属化,芯片减薄,技术难度远大于传统Wire Bonding 技术;

  从纵向看,TSV 将晶粒的电气连接端口限制在一个“点”(WireBonding 则需用“线”将端口引出),减小了3D IC的水平面积,同时TSV 实现晶粒垂直互连不需要像Package on Package 等3D 封装使用基板,减少了芯片厚度,从而使芯片的三维封装密度达到最大;

  技术是实现相邻晶粒间垂直互连的最短连接方式,可降低芯片功耗,提高运行速度;

  高“深宽比”(通孔深度/直径)的TSV 能减小通孔群在硅片上的占用空间从而缩减芯片面积,目前业界能做到10:1,20:1 的TSV 是下一代技术发展趋势,但需解决孔径过小带来的信号完整性问题;

  (2)Bumping 技术通过在芯片表面制作金属凸点提供芯片电气互连的“点”接口,反应了先进制程以“点替代线”的发展的新趋势,大范围的应用于FC、WLP、CSP、3D 等先进封装。

  是Bumping 互连技术中最先进的一种,用铜柱替换金属球作为芯片表面的电气接口,由于相邻铜柱轴间距很小(目前Amkor 为50 微米),因而I/O 引脚密度可以做的更高,芯片尺寸可进一步缩小

  、Flip Chip+TSV 封装:将带来大功率LED 封装技术革命(1)LE 封装技术由传统Lamp LED 垂直式慢慢地发展到当前主流的SMD COB集成式。

  在传统的正装LED 封装结构中,由于p-GaN 的导电能力有限,要求在其表面沉淀一层电流扩散金属层;芯片发光从p-GaN 层出光,电流扩散金属层主要由Ni 和Au 组成,会吸收30-40%光线,会降低芯片的出光效率,若降低电流扩散层的厚度以增加其透光性,则反过来会限制其扩散大电流的能力,进而制约了LED 芯片的工作功率;

  注:1-LED 晶片,2-硅片,3,7,10-绝缘保护层,4,-玻璃壳体,5-P 电极,6-N 电极,8,-焊球或金属凸点,9-金属线路层

  、Sip+TSV:为穿戴电子和MEMS器件提供多功能化、微型化解决方案(1)穿戴电子是在消费电子领域继智能手机和平板电脑之后的广阔市场,微型化、功能多样化需求和紧贴人体皮肤的要求促使穿戴电子科技类产品在功耗、体积、散热方面需要更大的改进。

  封装能够将基于不同的半导体制程和工艺的、不同功能的芯片(包括处理器、储存器等)和传感器集成封装,大大的减少了封装模组的体积。

  TSV从本质上来看不是一种封装方案,是一种重要工具,TSV 彻底改变了传统芯片间引线连接方式,允许半导体裸片、基板间能以更高密度互联在一起。

  、WLCSP+TSV:控制中低端影像传感器封装成本的利器(1)影像传感器(CIS)大范围的应用于手机、笔记本电脑、数码相机、汽车电子、安防等领域,作用是将光学图像转换成可供储存和加工的电信号,主要由完成光电转换的CMOS 和读写电路两部分构成。

  根据读写电路层和CMOS 感光器件的相对位置可分为前照式(FSI)和背照式(BSI)两种,对于500 万像素以下的摄像头而言,FSI 成本优势显著,更适合中低端应用;

  BSI的读写电路位于CMOS 的下方,虽然能使金属层和光线分立,感光效果较好,但需要研磨晶圆至足够薄以使光线能够透过硅沉底到达CMOS(大约为传统CMOS 的1/100),该工艺环节加工费很高,不利于中低端摄像头控制成本;

  FSI的读写电路层位于CMOS 的上方,封装时必须将I/O 信号从芯片正面焊盘引到基板背面,再生长Bumping 完成封装,而TSV 是目前可靠性和经济性最优的芯片内部垂直互连方案。

  WLCSP先在整片进行晶圆上封装、测试,再切割成尺寸与裸片完全一致的芯片成品,达到了小型化的极限(封装效率接近100%),符合消费类电子科技类产品轻、小、短、薄化的市场趋势,其封装成本的优势随着晶圆尺寸的增大和芯片尺寸的减小而更加明显。

  、TSV 技术引领 DRAM 存储器3D 设计发展潮流(1)带宽和功耗是驱动消费电子 DRAM 设计的核心指标,处理器和屏幕分辨率不断的提高以及应用软件消耗系统资源升级对移动DRAM 的带宽提出了更高的要求,功耗也是设计时一定要考虑的问题,DRAM 数据读写功率下降对延长电池续航时间意义重大。

  (2)3D 堆叠式DRAM 由多层(4-8 层)DRAM 晶粒堆叠起来,各层DRAM 共用位于一块最低层和基板相连的内存控制逻辑电路,由于使用高密度封装和宽 I/O 引脚设计,相比传统DDR 和LPDDR 内存具有更高的数据带宽以及更小的单位带宽功耗,是在保持芯片小型化条件下解决移动内存带宽和功耗问题的最优方案。

  硅通孔实现了各层DRAM 之间以及DRAM 和内存控制逻辑间的直接内部互连,避免了模块电路间外部走线,减小了信号延迟,来提升了DRAM 工作频率,堆叠的DRAM 使整个内存的位宽更大(JEDEC 为移动DRAM 制定的宽I/O 标准中规定数据接口为512位),工作频率和位宽的双重改善大幅度的增加了3D DRAM 的带宽;

  在纳米级制程下,晶体管工作电压和驱动电流下降,晶体管功耗在整个IC 功耗中的占比下降,而互连线宽度和间距减小导致其阻抗增加和耦合电容现象,互连线功耗成为芯片功耗的最大来源,3D 堆叠 DRAM由于使用了TSV 技术避免了传统金属互连,单位带宽功耗降低;

  混合存储立方(HMC)是由美光和三星共同研发,使用TSV 和Bumping 技术实现3D 封装的DRAM 产品,随着三星、美光、ARM、IBM、Altera、海力士等半导体巨头纷纷加盟HMC 联盟,该技术有望成为行业标准,目前HMC 带宽为160GB/s,大大高于最新LPDDR4存储器的25.6GB/s,HMC 相比LPDDR3 功耗降低70%。

  、长电科技:国内封装龙头,综合封装能力优势大(1)长电科技是大陆半导体封装顶级规模的封装厂商

  年2 月,公司同中芯国际合作,共同投资建立具有12 英寸Copper Pillar 加工及配套测试能力的合资公司,长电科技占合资公司49%股份。

  、华天科技:WLSCP/TSV 放量,积极布局高端Bumping(1)华天科技成专注从事于半导体封测业务,经过十几年发展形成了传统封装、中高端封装、先进封装的产品梯队。

  、硕贝德:晶圆级封装下半年投产,手机光学组件新贵(1)企业主要从事无线通信终端天线的研发、生产和销售,产品为手机天线、笔记本天线、NFC 天线、LDS 天线、双色注塑天线等,主要客户包括TCL、联想、三星、Coxon Prescise Industrial、中兴通讯等。

  2014年一季度营业收入1.37 亿,同比增长65.4%,归属于母企业所有者净利润715.63 万,同比增长71.03%;

  新产品 LDS 天线和双色注塑天线进入量产阶段,均已通过三星供应商认证,为公司带来新的利润增长点。

  年9 月公司出资6300 万元收购苏州科阳光电56.76%的股份,积极布局半导体先进封装领域,目前科阳光电厂房已建设完工,设备安装好,预计下半年可为1-2 个客户批量供货。

  投资 WLCSP+TSV 生产线一条,用于CMOS 影像传感器封装,产能12 万片/年,目前晶圆级封装价格约2000 元/片,假设净利率15%,公司满产后年营收达到2.4 亿,归属母公司净利润2043万;

  凭借在 COMS 芯片晶圆级封装和手机摄像头模组的布局,公司完成了手机光学组件的产业链整合,从低货值量市场(天线 元每部手机)进入高货值量市场(光学组件合计超过100 元每部手机)。

  公司传统主营业务是帆布类化工产品,业务占比年年在下降,2013 年收入占比为15%;2009年11 月,太极实业与韩国海力士合资成立海太半导体公司,专门给母公司从业DRAM 封测和模组业务;2013 年公司半导体业务收入占比达85%;

  2013年公司封装、封装测试、模组最高产量分别达4.31 亿颗/月(1GEq),3.47 亿颗/月(1GEq),411 万条/月(unit),其封装出货份额占海力士50%产能,占全球DRAM 产能13%,对全球DRAM封装供应有重要影响。

  根据协议,海太半导体成立首个5 年内,排他性地为海力士及其关联企业来提供DRAM 封测和模组服务,采取的是全部成本+固定收益的分配模式;

  29、【86张PPT】完美诠释移动网络未来28、半导体从业者必须知道的8个术语

  20、开心一刻:大家都是过来人,你懂的。19、天空那么美,愿你们平安。18、IBM深圳工厂罢工

  16、 灾难中送去我们温暖的问候马航平安15、 旅行 中国最美的地方排行榜14、做销售必看的20部电影13、2014三大半导体厂商展望行业未来12、工程师最常用十大电子元器件

  10、谈钱,句句都很经典!9、2013安卓手机CPU排行 Intel不如德州仪器8 、全球24家牛逼的半导体厂家7、2013半导体事件回顾

  我的晶震为11.0592MHz,用UART2,修改了keil下的例子。我在91x_CONF.H中修改了#define_Main_Crystal25000改为#define_Main_Crystal11059发现串口输出的速率没有变化,是不是需要在其它地方修改。UART_InitStructure.UART_WordLength=UART_WordLength_8D;UART_InitStructure.UART_StopBits=UART_StopBits_1

  最近的工作需要驱动DS18B20读取温度,在看了DS18B20的文档后第一感觉就是麻烦,由于只用了一根线的原因对于时序的要求极为严格,所以做了3天了都还没采出温度来很让人恼火!希望各位指点哈!考虑到我使用的是VRTX平台调试的,而且不怎么熟悉C中嵌汇编弄了半天也没起色所以干脆就全用C了,重要的延时程序也用FOR循环写的,但是经过示波器测试时间上还是比较准确!del500us()//经过示波器测试实际时间是500~510usdel20us()//经过示波器测试实际时间是2

  在当今的智能家居中,用户经常纠结于信号范围和质量(不满意信号覆盖范围和信号质量)。连接不了网,看不了新闻,联系不了朋友,问候不了家人,办不了工,等等问题,是很多人都比较烦恼的事。网状Wi-Fi可以克服这一挑战,前不久,TonyTesta分享了很实用的建议,即采用网状Wi-Fi系统来增强全新智能家居应用。什么是网状Wi-Fi系统,它如何帮助实现更佳的居室覆盖?分布式或网状Wi-Fi系统包括一台连接到主调制解调器的路由器,以及放置在家庭中的多个类似卫星路由

  活动时间:7月17日~8月30日活动规则:总结在C6000多核设计中遇到某个技术问题的解决办法或过程;问题的解决办法描述要清晰详细,须包括如下内容才具有获奖资格:芯片型号问题描述问题分析解决办法参考代码(可选)总结和建议针对不一样技术问题的总结,社区会员可发多贴,并具有多次获奖资格字数:200字以上奖项设置(无

  活动链接规格参数10颗MiniNeoPixelLED,每个LED均可显示任何彩虹颜色1个运动传感器(LIS3DH3轴XYZ加速度计),带有轻击和自由落体检测功能1个温度传感器(MMBT2222)1个光传感器(ALSPT1931),也可以用作颜色或脉冲传感器1个声音传感器(MEMS麦克风)红外发射器和接收器(DSOP38338),可