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构建封测业关键技术创新平台
作者:于燮康 发表时间:2014年08月15日

  在经济全球化和区域经济一体化的进程中,集成电路产业可以说是国际化竞争最激烈、产业资源全球流动和配置最为彻底的产业之一。我国作为全球最大的整机生产国和重要的信息化市场,集成电路市场平均增速为两位数,已成为全球最大的集成电路消费市场。在国家一系列政策措施的扶持下,以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业。

  需求是封测业发展的最大驱动力

  国内电子产品市场巨大,对于集成电路封测业的整体需求依然强劲,终端产品的需求成为国内集成电路封测产业发展的最强大驱动力,有助于国内集成电路封测产业的发展。

  当前,国内集成电路封测产业链的整体技术竞争力相对偏弱,主要体现在,一是制造企业总体规模不大,国内市场中内资封测企业销售所占比重仅在15%左右;二是国内封测企业高端封装产品份额所占比重较低。经统计,前三大内资封测企业2011年BGA、CSP、SiP等高端封装产品的销售占企业总体销售的20%左右;三是装备、材料企业基本停留在低端产品的配套上,高端、关键封测装备及材料基本依赖进口。

  尽管目前国内集成电路封测产业与国外相比还存在着较大差距,但是从长远来看国内封测产业有很强劲的发展潜力。在销售规模上,前三大内资封测企业2007年销售总额为40多亿元,2011年销售额达67亿元,增长率达67.5%;高端产品所占份额快速上升,2007年前三大内资封测企业先进封装总体占比不到5%,2011年达到20%以上,预计2012年总体占比还会快速上升。从封测技术来看,在外型的I/O脚数方面,国内从金属引线框的大约在100脚以下,跨越到玻璃纤维基板的100~500个脚数;在封装内部的单芯片装置上,已跨越到多芯片的平铺、堆栈以及倒装水平。在整体技术水平提升的同时,部分具有自主知识产权的先进封装技术开始媲美国际先进技术。

  尽管国内封测装备、材料企业技术能力比较薄弱,但是通过前期集成电路封测产业链技术创新战略联盟的总体协调以及国家科技重大专项极大规模集成电路封测制造技术及工艺各项目的推动下,已实现多种关键封测设备及封测材料的国产化,集成电路封测装备、材料企业与封测工艺企业之间建立起了有效的沟通机制。封测企业多年来进口设备使用的经验,有力推动了国内装备及材料业的快速成长,从而提升了集成电路封测产业的整体竞争力。

  后摩尔时代有赖于封测技术的突破

  集成电路封测产业链作为半导体全产业链中不可或缺的环节,在半导体产业中的地位日益重要。尤其是随着半导体技术按照特征尺寸等比例缩小的趋势进一步发展,硅CMOS技术在速度、功耗、集成度、成本等多方面都受到一系列基本物理特性、投资规模等的限制,摩尔定律受到了挑战。在后摩尔时代,国际半导体技术路线图已经明确将封装作为重要的发展路线,以系统级封装(SiP)为代表的多元化器件和功能集成的路线,成为扩展摩尔定律的主要趋势。我国集成电路封测业将进入国际主流领域,实现系统封装SiP、倒装芯片Flip-Chip、球栅阵列封装BGA、芯片级封装CSP、多芯片封装MCP等新型封装形式的规模生产能力。

  电子产品市场尤其是高端产品市场作为我国封测业的主要支撑力量,将在未来十年内推动高密度、高性能芯片、超小型化、多引脚的各类BGA、CSP、WLP、MCM和SiP先进封装产品和封测技术的快速发展;汽车电子、功率电子、智能电网、工业过程控制和新能源电子等市场及国家大飞机、航空航天项目,也需要更为可靠、更高性能、更为多样化的BGA、PGA、CSP、QFN封测产品和封测技术;新兴的物联网和医疗电子也需要集成度更高、灵活性更强、封装形式更丰富的封测技术和新型RF射频封装、MEMS与生物电子产品封装、系统级封装(SiP)产品形式。其中重点是适用于数字音视频相关信源与信道芯片、图像处理芯片、移动通信终端芯片、高端通信处理芯片、智能卡、电子标签芯片、信息安全芯片、微控制器芯片、IGBT芯片等量大面广的关键集成电路/微电子器件的封装技术和产品。

  另一方面,电子系统或电子整机正在朝多功能、高性能、小型化、轻型化、便携化、高速度、低功耗和高可靠方向发展。集成电路高密度系统级封装(SiP/SoP)已成为突破摩尔定律的一项重要技术,能够以较经济的方式大幅提高系统集成度和性能,与SoC技术互补,是集成电路产业的技术发展热点之一。为消除有害物质的排放和产生,降低能源消耗速度、发展绿色环保电子封装测试技术势在必行。其中环保电子封装测试技术、节能降耗的封装技术和低功耗设计将是未来集成电路封装测试发展的重要内容。

  TSV已成为半导体产业发展最快的技术之一,促进多芯片集成和封装技术的发展,是当前国内封装技术水平赶超世界先进的最好切入点。3D-TSV集成技术是微电子核心技术之一,是目前最先进、最复杂的封装技术,可以获得更好的电性能,实现低功耗、低噪声、更小的封装尺寸、低成本和多功能化。国内研究机构在TSV单项技术上取得一些研究结果,但是系统集成技术落后,尚未形成产业规模。3D-TSV技术的发展,除了推动封装技术的发展,还将强力推动整个产业链的相关设备、材料产业的发展。

  产学研联合助推封测产业链技术创新

  集成电路封测产业链技术创新战略联盟主要依托江苏长电科技股份有限公司、南通富士通微电子股份有限公司,由从事集成电路封测产业链制造、开发、科研、教学的25家骨干单位作为发起单位组建而成,联盟目前共有成员单位48家。

  集成电路封测联盟自2009年12月30日成立以来,在科技部的直接领导和关心下,以企业为主体,以产学研相结合为创新平台,以国家科技重大专项为纽带,围绕“以市场带动研发、以成果推动产业”为主线,积极开展试点工作。联盟通过联合成员单位,最大限度地发挥产学研合作的优势,协同承担国家重大科技专项,先后以“十一五”、“十二五”立项的封装形式配套装备及材料为突破口,在设备、材料、测试仪器、引线框架等多个项目上开展攻关,强化了产业链上下游、供需双方的紧密合作。

  一是“十一五”关键封测设备、材料应用工程项目23种封装装备和8种封装材料已通过生产线验证,相当部份设备、材料已实现产业化销售。并有效“辐射”和带动相关产业的技术进步和销售增长。

  项目实施过程中,封测联盟通过“大兵团作战”的方式,专门成立了由总体组、验证单位、业内封测企业共同组成的专家评审组,并设立课题责任专家;各责任专家按专家评审组的要求,对各自分管的子课题进行监督管理。验证单位与课题单位定期进行技术交流,同时为课题承担单位提供大量的技术支持。项目责任单位会同课题责任专家负责对课题承担单位进行定期、不定期的现场督查。

  二是集成电路封装PQFP系列技术标准的开展针对QFP系列封装的型谱、外形尺寸、材料、机械性能、热电性能、绿色环保、可靠性、标识等方面进行了大量的试验和数据资料采集工作,多次组织标准项目推进会,讨论制定相应的标准内容,从标准的初稿到标准的征求意见稿,目前QFP标准的制订工作已告结束。

  三是由我国半导体封装行业龙头企业长电科技、通富微电、天水华天,半导体封装基板龙头企业深南电路与中科院微电子所五方共同投资的华进半导体封装先导技术研发中心有限公司也于今年8月签约成立。公司已正式落户无锡国家高新区,企业的注册等各项筹备工作业已完成,研发中心将在国家重大科技专项的支持下,结合我国区域集成电路封测产业发展需求,并在部分领域引领国际产业技术发展,通过知识产权和成套技术的输出持续支撑国内封测产业技术升级。结合上下游产业链的需求,建设成为行业共性技术研发平台、产业孵化和人才培养基地。

  四是组织实施“十二五”封测产业链领域项目的评审工作。联盟组织由总体组专家、联盟咨询委专家、行业内著名专家近50人组成的评审队伍,分组对“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”2011年项目指南四:封装测试装备、工艺及材料部分项目进行了评审,评审严格按“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”要求和程序组织实施。项目的研究内容为开发适用于SiP、CSP、WLP等先进、高端封装工艺技术及其所需要的封测设备与材料,设备、材料课题将在专项总体组指导下,通过二次招标组织相关企业联合实施,对项目开发的国产设备及材料,由长电科技、通富微电、华天科技及深南电路联合建立验证平台进行验证。

  五是以科学、务实、严谨的态度组织编写有产业特色的《中国集成电路封测技术发展趋势》一书,内容涵盖了整个封测产业链,其目的是为政府制定政策、规划提供借鉴,对企业及相关教育事业的发展予以指导。联盟专门聘请了业内的专家、学者以全局角度和全行业未来发展的高度对中国集成电路封测业的现状、存在问题及技术路线编制提出了设想和建议。经过两年来的努力,几易其稿,多次评审,业已完成。

  封测联盟依托以企业为主体,以市场为导向,产学研相结合的“大兵团作战”模式,改变了我国集成电路封测产业链脱节、设备和材料长期依赖进口的被动局面。企业通过抱团作战,把创新资源进行集聚和整合,形成产业技术创新链,有效地提升了我国集成电路封测产业的核心竞争力。联盟近三年组织合作创新项目获得知识产权共有760项,其中发明专利390项,实用新型专利314项,外观专利6项,PCT13项,软件著作权37项。

  骨干企业培育和强强联合刻不容缓

  集成电路的全产业链竞争态势将会随着全球产业格局的持续深入调整而愈加激烈,这将在一定程度上形成产业发展的“马太效应”,强强联合的跨国企业与中小企业的差距会日益拉大。我国集成电路产业缺乏互动、产业链上下游协同不够紧密一直是固有问题,但此时显得尤为突出,集成电路企业无疑将遭遇更为巨大的国际竞争压力。加快完善集成电路产业生态环境,推动龙头骨干企业的培育和企业间的强强联合刻不容缓。

  培育龙头骨干企业。应选择一批基础好的企业和地区,开展两化融合试点,以典型引路,尽快取得成效。龙头骨干企业是发展集成电路封测产业的核心力量,这些企业规模大、体制活、创新能力强,掌握了一批行业核心技术,开发了不少高技术含量、高附加值、高竞争力的特色优势产品。随着“核心电子器件、高端通用芯片和基础软件”和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”两个专项的启动实施,大大加快了集成电路产品创新的进程。如一批重点装备产品在国内处于领先水平,并进入了国家重大装备配套领域,成为我国参与国内国际竞争的优势产品,其中有些产品不仅填补了国内空白,还达到国际领先水平。

  国内封测业内龙头企业间的强强联合已成趋势。由两家龙头企业联合建立针对以QFN/LQFP等先进封装外形为主所需的国产关键封测设备、材料实施验证的平台;协同联合上下游20多家企业对关键封测设备及材料进行开发,实现用户单位与研发单位的有效联合,从而加强研发单位设备及材料研发的工艺针对性,提升国内封测行业的整体竞争力。另外,圆片级封装相关技术的整体升级,实现了多种产品结构和工艺,使产品种类多元化,企业抵御市场风险的能力增强。同时,企业部分技术已开始延伸至高端产品应用领域,企业有机会和国内相关的支撑、配套企业进行全方位合作,在一定程度上对整个封测产业链进行了整合。

  作者单位:集成电路封测产业链技术创新战略联盟

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