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中国IC芯片封测的崛起之路

来源:一国储君    日期:2018-04-12

集成电路(IC)封测是什么?

IC封测即集成电路的封装和测试,是IC芯片生产的三大环节之一。

IC芯片生产大概流程:IC设计、晶圆制造、IC封测。

IC芯片的生产过程堪比点石成金。我们来简单的说说硅石,变成芯片的全过程。

从硅石里提炼高纯度的多晶硅,将多晶硅制作成单晶硅棒,再将单晶硅棒按照IC设计的要求进行切段、滚磨、切片、倒角、抛光、光刻、测试、包装成晶圆。按照IC设计的要求对Wafer进行切片,给晶圆之间添加一些导通,进行键合,封装保护,成为IC芯片,进行测试,包装出货。

晶圆是基础的集成电路,经过IC封测,集成电路成为了电子器件。然后IC芯片经过SMT贴片组装,被应用到各种产品当中。因此,IC封测是IC芯片生产过程中不可缺失的一环。

IC的封测作为IC芯片生产的三大环节之一,介乎于劳动密集型和技术密集型产业之间,准入门槛较低,利润非常可观。因此,近年来中国IC封测行业的发展非常迅速。

IC封测的发展阶段

IC封装技术的发展分为4个阶段:

第一阶段:20世纪80年代以前,插孔原件/插针时代。

第二阶段:20世纪80年代中期,表面贴装时代。。

第三阶段:20世纪90年代出现了第二次飞跃,进入了面积阵列封装时代。

第四阶段:进入21世纪,迎来了微电子封装技术堆叠式封装时代。

IC芯片测试经过了2个阶段:

第一阶段:手动测试IC芯片时代

顾名思义,手动测试就是人手动将待测芯片一颗一颗插入治具进行测试。

手动测试,需要测试治具。测试治具连接电脑系统,模拟芯片在电子产品中的工作状态对芯片功能进行测试。

手动测试的缺点是,测试项目单一,效率非常低下,经常插拔容易也造成芯片损坏,而且人工测试容易出现误判。

手动测试虽然落后,但是能够节省大笔的设备投入,所以时至今日,国内一些封测厂家和许多电子产品制造厂商仍在使用该测试方法。手动测试IC芯片的时代还没有过去。

第二阶段:全自动IC芯片测试

顾名思义,全自动测试是采用全自动测试设备进行IC芯片测试。IC芯片只需要放入料盘中,机器自动抓取IC芯片,进行模拟电路测试。

全自动IC芯片测试的优势是,测试项目更多,测试更加精准,测试效率更高,更节省人工成本。

但是,全自动IC芯片测试设备的价格十分昂贵,并且有价无市。国内目前采用全自动IC芯片测试的厂家比较少。

这是嘉合劲威自主研发的银芯1号,全自动NAND测试设备。

这是嘉合劲威的银芯2号,全自动DRAM测试设备。

嘉合劲威是国内记忆体、存储器供应厂商,在2016年嘉合劲威意图引进国外先进的全自动测试设备,但是由于有价无市。2016年嘉合劲威狠下决心,自主研发了银芯1号,银芯2号全自动IC芯片测试设备,成为了国内少数的拥有IC芯片超精准测试和大批量测试能力的厂商。

微电子封装技术堆叠式封装让IC芯片具有更佳的性能,也拓宽了IC芯片的应用范围。而先进的全自动IC芯片测试,则是IC芯片性能和电子产品的最终性能的最有力的保证。

中国IC封测行业现状

集成电路封测是芯片制造流程当中最后一个环节,是集成电路产业链不可缺乏的重要环节。随着集成电路芯片的不断发展,集成电路封测在整个集成电路产业链的地位也在日益凸显。而集成电路封测在技术要求上不如IC设计和晶圆制造,进入门槛相对较低,因此它成为了我国振兴半导体行业需要攻下的首个桥头堡。

集成电路封测介乎于技术密集型产业和劳动密集型产业之间。中国发展集成电路封测具有巨大的优势:首先,中国拥有世界最大的集成电路芯片市场;其次中国具有丰富的人力资源;最后集成电路封测是国家发展战略的重点之一,拥有国家的大力扶持。

2012年我国集成电路封测销售额为805亿;2016年,1523亿;2017年,超过1700亿。

我国在集成电路封测领域已经处于世界先进行列。

目前国内有集成电路封测企业上百家。其中长电科技、通富微电、华天科技等更是在世界排名前10的集成电路封测企业里占据一席之地。

尽管我国集成电路封测产业发展迅速,已经处于世界先进水平。然而我国在高端存储IC芯片封测行业领域的发展还是有所不足。比如DRAM、NAND等的封测,我国目前上几乎是一片空白。这是自2016年以来国内电子存储产品市场价格飞涨的原因之一。

目前长江存储、紫光国学、合肥睿力、兆易创新、上海展讯等正致力于研究能够满足现代电子市场需求的DRAM、NAND芯片。据传满足DDR4的DRAM、32层3D NAND闪存芯片将在今年量产。另外,中国记忆体供应商,中国电脑存储产品制造厂商嘉合劲威也在今年启动了“高端存储IC芯片封测项目”。

正是因为中国在高端IC存储芯片封测领域存在着巨大的空白,市场对存储IC芯片的需求十分强烈,预计在2018年,我国在高端存储IC芯片封测领域将取得巨大的突破,高端存储IC封测产业规模也将获得前所未有的巨大发展。

后摩尔定律时代的IC封测产业

当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,就是同样的钱每隔18-24个月能够买到的电子元件性能会翻一倍以上。这一定律被称为“摩尔定律”,它揭示了电子信息技术进步的速度。

“摩尔定律”已经存在了半个世纪之久,被业界奉为金科玉律。实际上“摩尔定律”只是一种对半导体行业的观测或者推测,而并非法则。但是它的出现却对半导体行业具有指导意义,极大的推动了半导体整体行业的发展。

但是随着科技的迅速发展,随着晶圆微缩,IC封装等技术的飞速进步,在2010以后半导体行业逐渐进入“后摩尔时代”。

在晶圆微缩上,随着光刻技术的进步,现在14nm、10nm已经成为了主流,而7nm在今年已经由IBM试产成功。

在芯片的堆栈上,2014年开始经历了2D封装到3D封装的转变,从32层到最新的72层3D封装。

晶圆微缩、芯片堆栈到目前都近乎达到了物理极限。在未来,半导体行业、IC行业将寻求新的材料,新的技术才能推动行业的快速发展。而寻求新的材料和新的技术也许是一个漫长的时间,或者也许会迅速取得成功。这将使得“摩尔定律”失效或者超出。因此在未来“后摩尔定律”将具有指导性的意义,它将是“摩尔定律”的延伸。

在2005年,国际半导体技术路线图组织(ITRS)就已经提出了“后摩尔定律”的概念。

ITRS组织针对半导体产业2016~2022年的发展提出了“后摩尔定律”。以多重技术创新应用向前发展,将硅基和非硅基等技术相结合,以提供完整的解决方案来应对和满足层出不穷的新市场发展。

“后摩尔时代”到来,对于晶圆制造和IC设计产业是巨大的考验,但是对于处于芯片制造流程末段,技术含量低于晶圆制造、IC设计的IC封测产业来说,却是极大的发展机会。

另外MRAM(磁性随机存储器)、PRAM(相变存储器)、RRAM(忆阻器),被称为未来的三大电子存储技术。目前我国在这三大技术上与国外处于同一起跑线,其中在RRAM方面,我国已经领先世界。

“后摩尔时代”,更多新的存储技术,存储材料的应用,将加速中国高端IC存储芯片封测的快速发展。

中国IC行业任重道远

集成电路(IC)产业被称为“工业粮食”,是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业,是发展战略性新兴产业、推动信息化和工业化深度融合的核心与基础,是调整经济发展方式、调整产业结构、保障国家信息安全的重要支撑。发展集成电路产业既是信息技术产业发展的内部动力,也是工业转型升级的内部动力,同时还是市场激烈竞争的外部压力,已上升为国家战略。

2014年6月国家发布《集成电路产业发展推进纲要》,把集成电路产业作为国家发展战略的重中之重。

2015年5月国家发布《中国制造2025》将集成电路作为“新一代信息技术产业”,大力发展IC设计,IC封测产业。

2016-2017年国家发布《十三五规划》关于集成电路的若干规划。

我国坚持振兴集成电路产业的战略规划,以免在未来的经济发展中受制于人。

近年,中国集成电路产业获得了巨大的发展。IC芯片销售额实现了每年20%的增长率。

但是尽管如此,相对于国内巨大的市场需求来说,相对于世界半导体强国来说,我国的集成电路产业发展依然十分薄弱。

2015年中国芯片市场占全球市场36%,但自给率仅12.7%,2015年进口芯片达2300亿美元。

2016年中国集成电路进口3425.5亿块,同比增长9.1%,进口额高达2271亿美元,出口金额仅为613.8亿美元,贸易逆差达1657亿美元。

2017年中国集成电路进口金额达2601.4亿美元,同比增长约14.6%,而出口金额为668亿美元。

我国国内集成电路芯片的需求十分旺盛。但是我国集成电路芯片的产值却不足全球7%。截止2018年,我国集成电路芯片已连续四年进口额超2000亿美元,贸易逆差上千亿。

王健林有一个小目标,先赚他个1亿。中国集成电路行业的小目标是,先去赚他1千个亿美元,抹平上中国集成电路进出口那上千亿美元的贸易逆差。或者换句话说,中国集成电路行业还有至少1千亿可以赚,应该赚,必须赚。这显示了,中国集成电路行业巨大的发展空间。

中国IC行业的发展未来是任重道远,也正恰当其时。国家的支持,大基金的大力支持,上千亿的进出口贸易逆差,“后摩尔时代”的到来,是“天时”。另外中国巨大的集成电路芯片市场,是中国IC行业的“地利”。现在天时地利都有了,中国IC行业的发展已经进入了高速发展的黄金时期。


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