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的产品和应用。此外，5G通信技术具有大连接、超高速、低延迟三大优势，这使得半导体行业更加强大。预计5G新技术将同步推动全球疫情防控。对技术、智能家居、智能制造、智能医疗和汽车电子等应用的需求不断增加。同时，为了满足电子产品不断小型化和功能多样化的要求，对芯片集成度的需求日益增加。不仅工艺方面继续提高芯片电路的分辨率，而且实现了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是一大助力，而包装材料的性能将是重点关注的焦点之一。近年来，包装材料不断向低介电损耗(low Df)和填料(filler)粒度小型化等方向发展。开发以支持不断发展的芯片封装需求。

为响应电子元件小型化、多功能化、缩短开发周期的需求，先进封装在半导体产业中的比重稳步提高。传统包装市场的复合年增长率仅为2.4%。为了抢占技术高地，世界上主要的封装和测试工厂、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展望报告的预测，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(复合年增长率为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智能手机采用、电动汽车使用增长、汽车安全功能增强等各种新技术推动了半导体产业的增长。封装材料是先进技术应用持续增长的关键，支持尖端封装技术，并使新一代芯片结合高性能、可靠性和集成度。

除了系统级封装之外，晶圆级封装和3D封装也是包装行业发展的主要趋势。预计到2024年，倒装芯片的市场份额将降至70%左右。在未来五年内，先进封装市场中增长最快的技术预计将是扇形封装和硅通孔。大多数行业参与者对扇形包装的增长保持乐观，相信生产力将从目前的水平上升。

封装材料的层压板基板，由于系统级封装(SIP)和高性能器件的需求不断增加，层压板基板的复合年增长率将超过5%。在预测期内，晶圆级封装(WLP)电介质的复合年增长率将达到9%。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拖累引线框架、贴接模和封装剂市场的增长。

什么是半导体封装?

电路从晶圆上蚀刻并切割成独立的芯片后，在集成电路封装阶段将一个或多个芯片组装或装入半导体封装中。半导体封装为芯片提供一定程度的冲击/划伤保护，为芯片提供引脚或触点与外部电路连接，并有助于带走芯片工作时芯片产生的热量。如今，半导体元件和集成电路的封装方式多种多样。其中许多是半导体的行业标准，而其他则是组件或集成电路制造商的特殊规格。

半导体封装至少有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。如果封装的芯片是微处理器类型的集成电路，那么该芯片的封装需要提供数百甚至数千个触点或引脚。一些小的半导体封装通常用触点或细引线连接到外部电路上。对于一些较大的集成电路和一些大功率的半导体元件，特别是在需要较高功率功耗的应用中，需要注意封装的导热性和散热能力，将这些芯片在运行过程中产生的热量带走余热。

半导体封装除了为封装的半导体芯片提供连接和传导散热的能力外，还必须保护芯片不受外界的影响，例如不允许湿气的渗透。封装内部的自由颗粒或腐蚀将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性，不与外界环境进行气液交换等，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较大的领域包括:

• 新的基板设计，支持更高的密度和更窄的凹凸间距。
• 用于5G毫米波应用的低介电常数(DK)和介电损耗(DF)层压板。
• 无芯结构基于引线框架技术的改进版本，即预封装互连系统(MIS)。
• 为铜柱倒装芯片封装提供底料。
• 处理窄间隙和细间距倒装芯片树脂材料需要更小的填料和更窄的粒径分布。
• 低至无树脂放气，无至低放气，粘粒材料的放置工艺低于5微米(µm)。
• 低介电损耗(DF)的电介质需要用于更高频谱的应用，如5G。
• 通过硅(TSV)电镀的无空隙沉积和低覆盖沉积。

半导体封装材料包括:

• 基板
• 铅帧
• 焊线
• 可变
• 未充满的材料
• 死连接
• 焊料球
• 晶圆级封装电介质
• 硅片级电镀化学品

导体成型材料种类:

1. 固态成型化合物:
   环氧成型复合材料(EMC)主要由环氧树脂、酚醛树脂、催化剂、硅粉等组成。是我国最早、最成熟的环氧成型复合材料。
   固体成型材料有两种成型方法:传递成型和压缩成型。其中，采用传递成型工艺进行成型，在半导体封装材料中应用最多。从传统的引线框架包装到BGA包装，几乎都在使用这种材料。若应用于大面积晶圆级进行封装，则均匀涂抹颗粒成型化合物(GMC)，然后采用压缩成型工艺进行封装。
   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%)、硬化剂(5~10wt%)、催化剂、无机填料、偶联剂、阻燃剂、脱模剂等组成。它由模剂和颜料组成，其中无机填料二氧化硅(60~90wt%)所占比例最大。球形二氧化硅的大小很重要。大尺寸容易造成空洞。如果使用超小型填料，应注意过程中产生的粉尘问题，这也会给清洗带来不便。同时，填料材料也会影响整体成型材料。环氧树脂材料虽然只占5~10wt%，但其低翘曲性能能提高整体装配产品的可靠性，是决定产品及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:
   液体封装材料最重要的用途是COB(板上芯片)、底填料、带盘式TCP/COF基板，以及晶圆粘合和填充以保护粘合点。此外，用于扇出晶圆级封装的液态成型化合物(LMC)是目前市场上使用的主流材料，直接采用压缩成型工艺进行封装。
   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分布在有机树脂材料中，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表面的凸起和基板电路之间时，采用适当的压力、时间和温度，导电胶开始流动，导电粉接触凸起和基板电路，然后达到导电的效果，同时，适当的导电粉粒度和添加量使凹凸之间不可能相互接触，实现各向异性导电的特性。ACF主要采用热压键合工艺将驱动IC与衬底进行键合。
   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大面积封装材料，可以实现完全附着。一种不会产生灰尘问题的新材料。在未来的大面积封装中，主要采用片状薄膜和颗粒状材料，片状薄膜的厚度可以控制在200 μm左右，甚至更薄。目前，12英寸晶圆的薄封装主要采用液体封装材料。

全球包装材料市场分析:

新冠肺炎疫情于2020年初爆发，第二季度疫情开始在全球蔓延，这让半导体市场对全球半导体需求同比增长的评估犹豫不决。对材料的需求有所下降，但从2020年下半年开始，由于疫情，整体市场带来了对远程技术的需求。这增加了家庭防疫和零接触的需求，如家庭作业、远程教学、家政等。这带动了终端产品(NB、平板、游戏机)的提升，网通设备(服务器、ssd、网络交换机)的销量增加，再加上5G技术的逐渐成熟和终端设备需求数量的增长，全球对封装材料的需求不减反增。

因此，未来封装材料的增长动力将主要来自汽车电子、汽车ecu、5g相关应用模块。其中，MUF材料主要用于AP (Application Processor)和BB (Baseband Processors)封装。未来，由于进口FC-CSP封装的DRAM需求增加，以及AiP和SiP封装需求的增加，MUF材料将增加，这将为MUF材料的市场需求增加另一个动力。从MUF的价格来看，随着二氧化硅填料粒径的减小，MUF的价格将变得更加昂贵。粒径为20μm的MUF的价格是粒径为30μm的价格的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考验。无论如何，半导体行业预计将逐步加强对汽车电子的需求，加上全球对消费电子的持续需求，这将同时增加对存储器，功能模块，网通相关设备和云计算系统的需求。因此，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，支持芯片高频、高速的性能要求日益提高。未来包装材料的研究发展方向需要向更低的介电损耗(Low Df)值迈进，包装材料也不例外。国际制造商致力于开发具有较低Df值的材料的配方。另一方面，封装材料在工艺冷却后，由于与其接触的IC载流子材料的热膨胀系数(CTE)不匹配，可能会出现翘曲问题。因此，未来包装材料的发展重点将继续围绕低CTE、低模量、高流动性、低介电损耗等特性进行优化。

由于零接触防疫的需要，人们对半导体产品的依赖加深，对汽车电子芯片的需求也加入了主要消费电子产品急订单和产能的行列。因此，预计未来传统芯片、高端芯片乃至模块的封装产品需求将与日俱增。在如此繁多的集成电路产品中，必须使用封装材料来保护芯片不受潮和损坏，以保持集成电路产品的整体性能。因此，对包装材料的需求预计将继续增长。