与非网3月24日讯,集成电路的产业链上游包括半导体的材料和设备,中游包括IC设计、晶圆制造和封装测试三大环节,下游应用则包括3C、物联网、汽车、工业、医疗等市场需求。近年来,集成电路下游需求活跃也带动了全球封测产业迅速发展。华润微电子作为中国最大的功率半导体厂商、国内半导体IDM龙头,一直低调发展封测业务集群,获得业内极大关注。

 

低调壮大的华润微封测业务集群
2020年2月27日,华润微电子在科创板挂牌上市,拿下了多个“第一”:第一家红筹上市,第一家港元面值,第一家启用“绿鞋机制”……在开创历史先河的同时,作为科创板“红筹”第一股、国内最大的功率半导体企业,MSCI于公司上市第二日,当地时间2月28日宣布将“华润微电子”纳入MSCI中国全股票指数。


华润微电子是国内少数具有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化运营能力的半导体IDM企业,产品聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域,在分立器件及集成电路领域均已具备较强的产品技术与制造工艺能力,形成了先进的特色工艺和系列化的产品线。


经过二十多年发展,华润微电子成为中国规模最大的功率半导体厂商,包括代工事业群、集成电路事业群、封测事业群和功率器件事业群。


在功率器件领域,华润微电子在中国MOSFET市场中排名第三,仅次于英飞凌与安森美两家国际厂商,智能传感器产品在抗疫过程中作为战略物资发挥了非常大的作用;在晶圆代工领域,拥有3条6英寸产线,2条8英寸晶圆生产线和一条正在建设的12英寸产线。6英寸年产能逾247万片,8英寸年产能逾133万片;在封测领域,在无锡、东莞、深圳、重庆设有封测基地,年封装能力达62亿颗。


华润微电子封测事业群市场兼销售助理总经理马庆林表示,华润微封测事业群包括晶圆测试、封装集成和成品测试三个部分。前道晶圆测试由深圳赛美科负责,其是国内前三大的晶圆测试工厂,具备6英寸、8英寸、12英寸晶圆的测试能力;中道封装包括无锡安盛、重庆矽磐、东莞杰群、深圳赛美科等生产基地;成品测试则包括深圳赛美科和无锡安盛。


封测作为半导体产业链的重要一环,华润微对该业务集群布局的重视度从前两年就已现端倪。


据他介绍,无锡基地聚焦于家电、工业控制、汽车等高附加值的产品封装,通过SiP等技术提供更好的性能、更多功能,以及高电压、大电流的产品封装和定制化的服务给客户带来更多价值,而非陷于低价竞争中。东莞基地覆盖汽车和工业控制产品,以海外客户为主,包括全球领先的头部功率器件厂商。深圳基地以传感器封装为主,也有客户定制工艺,包括光耦封装、硅麦克风封装等。重庆基地则聚焦在面板级先进封装,是未来事业群发展的重点之一。


随着汽车、新能源市场的蓬勃发展,广泛应用于其中的功率半导体爆发了无限市场活力。根据Omida统计,2021年全球功率半导体市场规模预计将达到441亿美元,保持稳定增长。中国是全球最大的功率半导体消费国,2021年中国功率半导体市场需求规模达到159亿美元,占全球市场比例高达36%,具有广阔的国产替代空间。
“功率半导体市场的持续发展与国产替代进程的不断加速下,我们将立足于功率半导体领域的核心优势,满足功率半导体封测领域不断增长的需求,深耕中国市场机会。”马庆林指出,“随着集团对封测业务重视度提升,我们还逐步切入汽车电子、通信、先进封装等领域,带动封测事业群更良性的发展。”


2019年,华润微通过投资杰群电子切入汽车级高端分立器件封装市场,未来有望通过封装带动自有产品进入高端市场;2020年2月科创板上市,10月计划募资50亿,计划在重庆建设功率半导体封测基地,进一步提升在封装测试环节的工艺技术与制造能力。此外,2018年华润微通过与新加坡PEP创新公司合作,成立矽磐微电子,从面板级封装切入先进封装。


据公告,封测基地建设项目总占地面积约100亩,规划总建筑面积约12万㎡。本项目预计建设期为3年,项目总投资420,000万元,拟投入募集资金380,000万元,其余所需资金通过自筹解决。本项目建成并达产后,主要用于封装测试标准功率半导体产品、先进面板级功率产品、特色功率半导体产品;生产产品主要应用于消费电子、工业控制、汽车电子、5G、AIoT等新基建领域。


马庆林透露,重庆封测基地一部分围绕矽磐面板级先进封装展开。目前矽磐一期项目月产能在1000多个panel,等效约6000片8英寸晶圆,满产后可达3000 panel左右。除了面板级封装,重庆封测基地还将以功率半导体为核心展开建设,短期内可直接提升公司在功率半导体领域及封装测试环节的制造能力,使公司生产能力与业务发展相匹配,进而把握住在该领域巨大的市场机遇,带动公司产品与方案、制造与服务两大板块的收入提升;中长期则有助于公司全产业链一体化运营能力的提升,使公司能加快向综合一体化公司的战略方向转型,提升公司在功率半导体领域的综合竞争力,为公司实现成为世界领先的功率半导体和智能传感器产品与方案供应商的愿景打下坚实基础。


此前,从公司近期披露的2020年度业绩快报公告可以看出,公司2020年在做好疫情防控的同时,实现了较好的盈利表,营业总收入69.77亿元,同比增长21.49%;归母净利润9.60亿元,同比增长139.66%;扣非归母净利润8.50亿元,同比增长311.98%。马庆林表示,尽管有疫情的冲击,2020年封测业务事业群营收仍然实现了同比15%的增长,今年将继续保持旺盛的增长势头。


“我们希望未来五年,封测业务营收冲击国内封测前列。”马庆林表示。


大力投资重庆矽磐,以面板级封装切入先进封装
5G、云端、人工智能等技术的深入发展,成为全球科技巨擘下一阶段的重点发展方向。在此过程中,体积小、运算及效能更强大的芯片成为新的发展趋势和市场需求,芯片封装技术也正在朝将更多芯片整合于单一封装结构,实现异质多芯片整合的方向发展。


作为异质整合封装的新兴技术,扇出型封装技术发展至板级主要是能以更大面积进行生产,既可以进一步降低生产成本又能达到市场端对芯片效能的需求,已成为先进封装技术中最有潜力能够提供异质整合同时降低生产成本的技术平台。根据Yole的报告,板级扇出型封装(FOPLP)未来5年的全球年复合成长率可高达30%,2024年全球产值预期可达457百万美元。例如OSAT(外包半导体组装测试厂商)、IDM(集成器件制造商)、代工厂、基板制造商以及FPD(平板显示器)厂商等,它们都“嗅到了”通过扇出型技术涉足先进封装业务的机遇。


华润微也敏锐地发现了FOPLP市场的潜力,于2018年9月与新加坡PEP Innovation合作成立重庆矽磐项目,2019年12月即交付首批客户样品,2020年12月开始大批量生产。


马庆林表示,2020年初矽磐的技术即通过客户样品测试,启动小批量生产。但是意外爆发的疫情,让包括NXP、Maxim、ST在内的许多海外客户产品导入进程受到了阻碍。矽磐不得不将市场拓展主力转向国内,目前已导入约30家客户,其中3家进入小批量生产阶段,1家进入大规模生产阶段。


“目前采用矽磐面板级封装技术的产品主要是无线充电和快充产品,其中一款氮化镓快充芯片实现了业内最小封装尺寸。”他透露,“接下来我们也会开发RF市场,包括射频前端模组、功放模组等等。现在正在开发一些集成三四颗芯片的小模组,如果效果好的话,会是未来重点攻克的一个市场方向。”


谈到面板级封装(FOPLP)技术,华润微电子封测事业群工程副总经理吴建忠表示,封装技术经历了从金属导线架到打线封装(Wire Bond BGA)到覆晶封装(FCBGA),随着摩尔定律极限的逼近,半导体封装产业面临着无法通过缩微芯片尺寸来提升电子设备能效的窘境,因此又开发出创新的先进封装技术FanIn WLP(扇入型晶圆级封装,在晶圆上进行封装);技术升级的趋势在于可以容纳更多的I/O数、减少芯片尺寸、厚度达到封装小型化的需求,同时可有效降低生产成本。


而从扇出型封装技术的发展来看,晶圆级扇出封装(Fan-Out Wafer Leve  Packaging;FOWLP)和面板级扇出封裝(Fan-Out Panel Level Packaging;FOPLP)无疑是两大发展方向。两者虽技术路线及应用不同,但皆可让最终产品的外型更轻薄。FOPLP相较于FOWLP,晶圆面积使用率更高(前者为>95%,后者<85%),在加速生产周期及降低成本考虑下,封装技术开发方向已由FOWLP转向可在比300 mm晶圆更大面积的面板 (方形面积的载具)上进行的FOPLP。


吴建忠介绍,矽磐的PLP技术(SiPLP)来自于新加坡PEP的技术授权和合作开发,目前有CSP/BGA、LGA、QFN/DFN三种封装形式,优势在于小尺寸、大功率、高频率和高可靠性等方面。具体来看,不需要Bumping/Copper Pillar中道工序,可以应付更大电流,可以做到6个面有保护,可靠性达MSL1,特别适合汽车电子。因为无基板或框架,尺寸上比FC更薄;没有Bumping,无需Reflow,无缝连接,产品性能更好,可靠性更高;也可以做Copper Clip PQFN,并且可以实现Double Cooling双面散热,特别适合功率封装,多芯片封装和嵌入无源器件的模块封装等等。根据不同封装形式,适用于笔记本电脑、可穿戴设备电源管理、快充、无线充电等消费电子,服务器、PC板卡、图形卡等工控设备,以及存储、网络系统、通讯基站、高端电视等等。


他举例说,FOWLP与FOPLP事实上有各自适合的应用领域,并非绝对的竞争关系,前者适合于高密度的Fan-Out,更多采用代工厂的制程和设备,线宽更细、I/O数更高,通常在500个I/O以上的应用。FOPLP的产品则更多聚焦在功率半导体,这类器件一般都是高功率、大电流的应用,不需要太细的线宽和最先进的制程,因此非常适合于FOPLP这个路线,对相关设备的要求也相对没那么高。封装制样周期可以从打线封装技术所需的4~5个月缩短到1个多月,对客户后续的市场推广是极大的助益。


马庆林补充说,例如氮化镓产品的散热量非常大,传统封装会对其键合线等连接部分造成比较大的影响。PLP技术就可以很好的解决这个问题,温升比其他封装技术要低得多,因此非常适用于这类产品。“以客户某款产品实测数据对比,相比传统封装,SiPLP可以比竞品实现44%的尺寸缩小,降低约10℃的温升,效率也大幅提高,因此深受最近大热的氮化镓快充、无线充电等领域的客户喜爱。尤其国内客户比海外客户在采用这种新技术上更为激进。”


在技术路线规划上,吴建忠表示,面板级封装技术重点之一为同质、异质多芯片整合,这些芯片通过微细铜重布线路层(RDL)连结的方式整合在单一封装体中。现阶段矽磐SiPLP技术(580×600mm)已实现单层、1.5层板封装量产,2~3层板PLQFN封装在工程验证阶段,多芯片封装也已出样。未来将会继续朝着多芯片模组、多层板封装、双面互连等方向推进,最终以面板级封装来生产集成了无源器件的SiP产品。“SiPLP将为客户提供Mask Less解决方案,产品迭代无需增加投资费用,设计灵活,迭代速度快,可同时加工多种结构产品,大大压缩了客户新品认证周期。同时提供完整设计仿真方案,减少产品迭代周期,提供产品设计+封装+测试一站式解决方案,减少客户管理成本,进一步压缩产品加工周期。”


现状和挑战
作为我国自主化程度较高、与行业领先水平差距较小的封测产业,几家头部厂商近几年均已重金投入先进封装技术的研发,华润微电子若期望能在将来的封测市场占据一席之地,这场技术竞赛毫无疑问不能落于人后,而该公司的切入点正是方兴未艾、与自身工艺特色更为匹配的的面板级封装。


尽管面板级封装在先进封装市场开始崭露头角,不可否认的是这一技术目前还存在许多挑战亟需解决。基板翘曲、组装精度、材料冲击、芯片位移、标准化问题、生产良率、设备投入开发都是业内所面临的挑战。同时,FOPLP尚处于早期阶段,目前有许多解决方案仍待研究。其中,印刷电路板级玻璃基板的板面形式是主要研究方案,但是其基板尺寸还尚未标准化,也成为FOPLP在应用中的挑战之一。


吴建忠指出,近几年行业内已经有不同商业模式的厂商进入面板级封装领域,包括IDM厂、代工厂、封装厂,甚至面板厂、PCB厂等等,他们已强烈感应到通过扇出型技术涉足先进封装领域的机会。但是经过多年的认证样品开发,FOPLP也仅有少数玩家进入量产阶段。


挑战是多方面的。他解释,首先,PLP制程的部分设备与传统封装设备不同,特别是一些前段制程的设备需要定制,如此一来这些设备可能就没经过量产验证,进入产线后稳定性如何对封装厂来说将是一大考验。例如电镀设备,PLP制程的设备载板比一般的电镀设备载板要大,这会影响到电镀工艺的稳定性、均匀性等等,不是一般的公司能做的。其次,由于面板尺寸仍没有统一标准,可能每家封装厂都有自己的面板尺寸和工艺制程,阻碍了设备制造商、材料制造商对这些技术的快速采用和认可。第三,材料方面的问题与设备类似,部分材料例如某些膜仅有海外供应商提供,而且也没有经过PLP制程的量产验证,需要自己配合供应商来做进一步的性能改善。最后,由于芯片需要从晶圆转移至方形基板上,此过程中芯片偏移的影响不可忽视;不同FO结构的基板可能有不同翘曲度;大规模量产如何提升良率等等,都是摆在封装厂以及整个产业链面前需要共同解决的瓶颈问题。


在上述问题中,矽磐正与合作方PEP以及客户一起研究解决办法,在此过程中,矽磐申请了近90项相关专利,设计工艺制程、设备等等,有效地构建了面板级封装技术的护城河。“目前国内也有几家厂商进入面板级封装领域,但是只有矽磐真正实现了集成电路级的PLP技术量产。”吴建忠强调。


马庆林表示,半导体国产化是不可避免的大趋势,这股力量甚至可以在未来几年内强过行业周期特有的波动性。尽管疫情在去年上半年使产业受到一定影响,但是从下半年看对中国市场的作用反而是正向的。“在良好的增长势头下,我们的封装业务事业群会坚定不移地实施有序扩产的计划,避免低价恶性竞争,通过质量和服务来推动技术的积淀和产品群的形成与升级。”


结语
在全球最大半导体消费市场加持和国产化大潮下,大陆半导体产业的成长速度业界有目共睹,包括芯片设计、晶圆代工、封装测试都在有序前进,同时触手逐步向先进领域延伸。在整个产业齐头并进的过程中,华润微的封测业务集群是否能够通过特色工艺和差异化先进封装并举,冲击国内封测“四小龙”的位置?不远的未来,相信就能看到答案。