全球半导体封装材料市场展望与分析

全球半导体封装材料市场展望:

不断变化的半导体工艺技术产生了许多新产品和新应用。而且，5G通信技术具有大连接、超高速、低延迟三大优势，使半导体产业更加强大。预计5G新技术将同时推动全球疫情防控。科技、智能家居、智能制造、智能医疗、汽车电子等应用需求持续增长。同时，为了满足电子产品不断小型化和功能多样化的要求，对芯片集成化的需求也日益增加。工艺方面不仅不断提高芯片电路的分辨率，而且实现更高密度的电路布局，以减少产品体积。包装技术的不断发展也有很大的帮助，包装材料的性能将是重点之一。近年来，包装材料不断向低介质损耗(low Df)和填料(filler)粒径小型化等特点发展。开发以支持不断发展的芯片封装需求。

适应电子元器件小型化、多功能、开发周期缩短的需要，先进封装在半导体产业中的比重稳步提高。传统包装市场的年复合增长率只有2.4%。为了抢占技术高地，世界上主要的包装和测试工厂、晶圆厂和idm正在加紧部署先进的封装。

根据全球半导体封装材料市场前景报告的预测，全球半导体封装材料市场将跟随芯片行业的增长，市场收入将从2019年的176亿美元上升到2024年的208亿美元(CAGR为3.4%)。大数据、高性能计算(HPC)、人工智能(AI)、边缘计算、先进内存、5G基础设施扩展、5G智能手机应用、电动汽车使用量的增长、汽车安全性能的增强等，这些都是推动半导体产业发展的新技术。封装材料是先进技术应用持续增长的关键，支持前沿封装技术，并使新一代芯片实现高性能、可靠性和集成化。

除封装系统外，晶圆级封装和3D封装也是封装行业发展的主要趋势。到2024年，倒装芯片的份额预计将下降到70%左右。在未来五年内，先进封装市场增长最快的技术将是扇出封装和硅通孔。大多数业内人士仍对扇形包装的增长持乐观态度，相信生产率将从目前的水平提高。

包装材料层压基板，由于对封装系统(SIP)和高性能器件的需求不断增长，层压基板复合年增长率将超过5%。而晶圆级封装(WLP)电介质9%的复合年增长率将是预测期内最快的。虽然正在开发各种提高性能的新技术，但追求更小、更薄封装的发展趋势将阻碍引线框架、贴模、封装材料市场的增长。

什么是半导体封装?

在集成电路封装阶段，从晶圆蚀刻电路并切割成独立的模具后，将一个或多个模具组装或装入半导体封装中。半导体封装为模具提供了一定程度的冲击/划伤保护，为模具提供了与外部电路连接的引脚或触点，并有助于带走模具工作时产生的热量。如今，半导体元件和集成电路的封装有很多种。其中很多是半导体行业标准，还有一些是元件或集成电路制造商的特殊规格。

一种半导体封装有至少两个引脚或触点连接到电路的一端。这种元件的一个例子是二极管。如果封装的模具是微处理器型集成电路，那么该模具的封装需要提供数百甚至数千个触点或引脚。一些小型半导体封装通常通过触点或细引线连接到外部电路。对于一些较大的集成电路和一些大功率半导体元器件，尤其是在需要更多大功率功耗的应用中，需要注意封装的导热系数和散热能力，带走这些芯片在运行过程中产生的热量废热。

除了为封装的半导体模具提供连接和传导热量和散热的能力外，半导体封装必须保护半导体模具不受外界的影响，例如，不允许水分的渗入。封装内部的游离粒子或腐蚀会大大降低甚至损坏半导体元件和集成电路的性能。有些模具还要求半导体封装提供密封，不与外部环境发生气体和液体交换等，一般采用玻璃、陶瓷或金属作为封装材料。

随着半导体封装技术创新的稳步推进，未来几年材料市场机会更大的领域包括:

• 新的基板设计，支持更高的密度和狭窄的凹凸节距。
• 低介电常数(DK)和介电损耗(DF)层压板，适用于5G mm Wave。
• 无核心结构是基于引线框架技术的改进版本，即预先封装的互连系统(MIS)。
• 为铜柱倒装芯片封装提供底部填充材料。
• 更小的填料和更窄的粒度分布要求处理窄间隙和细间距倒装树脂材料。
• 低至无树脂出血，低至低放气，和粘性颗粒材料放置过程低于5微米(µm)。
• 更低的介质损耗(DF)介质要求更高的频谱应用，如5G。
• 通硅(TSV)镀层的无空洞沉积和低覆盖沉积。

半导体封装材料包括以下几种:

• 基板
• 铅帧
• 焊线
• 可变
• 未充满的材料
• 死连接
• 焊料球
• Wafer-level包电介质
• Wafer-level电镀化学品

导体成型材料类型:

1. 固态成型胶:
   环氧模塑料(EMC)主要由环氧树脂、酚醛树脂、催化剂、二氧化硅粉末等组成。是最早、最成熟的环氧模塑料类型。
   固体成型材料有两种成型方法，包括转移成型和压缩成型。其中，采用转移成型工艺进行成型，在半导体封装材料中应用最多。从传统的引线框包装到BGA包装，几乎都使用这种材料。如应用于晶圆级大面积封装时，先均匀涂上颗粒成型胶(GMC)，再采用压成型工艺进行封装。
   环氧成型树脂也是最常见的固态成型材料，它由环氧树脂(5~10wt%)、固化剂(5~10wt%)、催化剂以及无机填充剂、偶联剂、阻燃剂、脱模剂等组成。它由发型剂和颜料组成，其中无机填料二氧化硅(60~90wt%)占比最大。球形二氧化硅的尺寸很重要。大尺寸容易造成空隙。如果使用超小型填料，要注意过程中产生的粉尘问题，也会造成清洗不便。同时，填料材料也会影响整体成型材料。虽然环氧树脂材料仅占5~10wt%，但其较低的翘曲性能可以提高整体组装产品的可靠性，是决定产品性能和加工性能的最重要材料。一般IC封装采用固态成型材料，如TSOP、DIP、QFN、Dual QFN、QFP、BGA等。近年来，它已被用于大面积包装。
2. 液体包装材料:
   液体包装材料最重要的用途是COB(板载芯片)，底部填充，带卷式TCP/COF基板，以及晶圆粘接和填充以保护粘接点。此外，扇出晶圆级封装用液态模塑复合材料(LMC)是目前市场上使用的主流材料，直接采用压缩模塑工艺进行封装。
   ACF (an -各向同性导电膜)材料本身通过一定量的导电粉末均匀地分布在有机树脂材料中，并通过涂层以B-STAGE膜的形式存在。当ACF采用热压缩粘接工艺附着在IC表面的凸起物与基板电路之间，使用适当的压力、时间和温度，导电胶开始流动，导电粉末接触凸起物与基板电路，从而达到导电的效果，同时，适当的导电粉粒径和添加量使凸块之间不可能相互接触，从而达到各向异性导电的特性。ACF主要采用热压粘接工艺将驱动IC与基板粘接。
   芯片封装材料是近年来针对WLP和PLP晶圆级封装的发展趋势而开发的可实现完全附件的大面积封装材料。一种不会引起灰尘问题的新材料。在未来的大面积包装中，主要采用片状薄膜和颗粒状材料，片状薄膜的厚度可控制在200 μm左右甚至更薄。目前12寸晶圆的薄包装主要采用液体包装材料。

全球包装材料市场分析:

2020年初，新型冠状病毒感染症(COVID-19病毒)爆发，从第二季度开始在世界范围内扩散，半导体市场在评估全球半导体需求同比增长情况时犹豫不决。材料需求有所下降，但从2020年下半年开始，受疫情影响，整体市场出现了对远程技术的需求。家庭作业、远程教学、家政等居家防疫和零接触需求增加。这导致了终端产品(NB、平板、游戏机)的完善，网通设备(服务器、ssd、网络交换机)的销量增加，加上5G技术的逐步成熟和终端设备需求数量的增长，全球对包装材料的需求没有减少反而增加。

因此，未来包装材料的增长动力将主要来自于汽车电子、汽车ecu以及5g相关应用模块。其中MUF材料主要用于AP (Application Processor)和BB (Baseband Processor)封装。未来，由于DRAM进口FC-CSP封装需求增加，以及AiP和SiP封装需求增加，将为MUF材料的市场需求增加另一个动力。从MUF的价格来看，二氧化硅填料粒径越小，MUF的价格越贵。MUF粒径(20μm)的价格约为30μm粒径的3~4倍。

2021年以来，一些国家逐步走出疫情阴霾，经济逐步复苏，但仍有国家在经受疫情的考验。无论如何，半导体行业对汽车电子产品的需求将逐渐增加，再加上全球对消费电子产品的需求持续增加，存储器、功能模块、网络通信相关设备、云计算系统的需求也将随之增加。因此，可以预计，未来对包装材料的需求将继续上升。

在先进的封装技术中，对支持芯片的高频率、高速度的性能要求日益提高。包装材料未来的研发方向需要向更低的介质损耗(Low Df)值迈进，包装材料也不例外。国际制造商致力于开发低Df值材料的配方。另一方面，封装材料在此过程中冷却后，由于与之接触的IC载体材料的热膨胀系数(CTE)不匹配，可能会出现翘曲问题。因此，未来封装材料的发展重点将继续围绕低CTE、低模量、高流动性、低介质损耗等特点进行优化。

由于零接触防疫的需要，人们对半导体产品的依赖程度加深，对汽车电子芯片的需求也加入了主要消费电子产品的急订单、急产能行列。因此，预计未来传统芯片、高端芯片甚至模块的封装产品需求将日益增加。在种类繁多、种类繁多的IC产品中，必须使用包装材料来保护芯片不受潮和损坏，以保持整体IC产品的性能。因此，对包装材料的需求有望继续增长。