因為專業
所以領先
美國總統喬·拜登采取了雙管齊下的方式來限制中國的高科技進步,限制中國獲得尖端芯片,同時支持美國的半導體生產。他將進一步加大壓力,將焦點轉移到技術霸權競爭的新興領域:半導體封裝工藝越來越被視為實現更高性能的途徑。
只有美國才認識到所謂先進封裝的潛力:中國也在利用不受制裁的領域占領全球市場份額,并在制造高端芯片方面取得了前所未有的進展。
技術分析師 Tirias Research 創始人 Jim McGregor 表示:“封裝是半導體行業創新的新支柱,它將徹底改變整個行業。” 對于尚不具備最先進能力的中國來說,“他們在這里提升肯定更容易”,因為它不受美國政府的限制。“封裝可以幫助他們彌合差距,”他說。
直到最近,半導體封裝業務——將芯片封裝在既能保護芯片,又能將芯片連接到其所屬電子設備的材料中——充其量只是該行業的事后想法。因此,它被外包,主要外包給亞洲,而中國是主要受益者:根據英特爾公司的數據,如今美國的封裝產能僅占全球的 3%。
然而突然間,先進封裝無處不在:英特爾將其視為美國芯片巨頭恢復競爭力戰略的核心部分;中國將其視為建設國內半導體產能的一種手段;現在華盛頓正在將其作為其自給自足計劃的一部分。
《芯片和科學法案》出臺一年多后,拜登政府在最近任命了該中心主任后,概述了一項30 億美元的國家先進封裝制造計劃的計劃。美國商務部副部長勞里·洛卡西奧表示,我們的目標是在本世紀末建立多個大批量封裝設施,并減少對亞洲供應線的依賴,因為亞洲供應線構成了美國“無法接受”的安全風險。
一位白宮官員表示,總統“已將確保美國在半導體制造所有要素方面的領導地位作為優先事項,其中先進封裝是最令人興奮和最關鍵的領域之一”。
隨著先進封裝迅速成為全球芯片沖突的新戰線,一些人認為它早就該出現了。
到目前為止,政府一直把重點放在補貼上,以將芯片制造帶回美國,但“我們不能忽視封裝,因為缺一不可,”加利福尼亞州共和黨眾議員杰伊·奧伯諾特(Jay Oberolte)說,他是兩名副總統之一,國會人工智能核心小組主席。“如果封裝仍然在海外進行,那么即使我們 100% 的芯片制造都在國內進行,也沒有關系,”他補充道。
組裝、測試和封裝——通常被一起視為“后端”制造——一直是半導體行業最不起眼的一端,與制造具有在芯片中測量的功能的芯片的“前端”業務相比,其創新較少,附加值也較低。然而,隨著新技術使芯片能夠組合、堆疊并增強其性能,芯片的復雜程度正在迅速提高,行業高管稱之為拐點。
先進封裝無法幫助中國與美國領先的半導體開發競爭,但它可以讓北京通過將不同的芯片緊密地拼接在一起來構建更快、更便宜的計算系統。在這種情況下,中國可以將其最新的芯片技術(這種技術價格昂貴且數量可能有限)保留在芯片最重要的部分,并使用較舊的、更便宜的技術來制造執行短板體驗管理和傳感器控制等其他功能的芯片,將整體整合到一個強大的封裝中。
彭博資訊技術分析師 Charles Shum 表示,這是一個“關鍵的解決方案”。“它不僅提高了芯片處理速度,而且至關重要的是能夠實現各種芯片類型的無縫集成。” 他說,其結果是“將重塑半導體制造格局”。
中國長期以來一直將半導體封裝技術作為戰略重點。根據美國的數據,中國擁有全球組裝、測試和封裝市場 38% 的份額,位居全球第一。雖然它在先進技術方面落后于臺灣和美國,但分析師一致認為,與晶圓加工不同,它處于更有利的位置,能夠迎頭趕上。
中國貝蒂已經擁有數量最多的后端設施,包括全球第三大封裝和測試公司長電科技集團,該公司的收入僅次于臺灣日月光集團和美國安靠科技。此外,中國企業正在擴大市場份額,包括長電科技在新加坡收購了先進的工廠,并在家鄉江陰建設了先進的封裝工廠。
“對于中國來說,先進封裝會是一個很好的選擇,因為到目前為止,這是一個每個人都投資的安全空間,”研究技術地緣政治的臺灣蒙田研究所智囊團的馬蒂厄·杜沙特爾 (Mathieu Duchatel)說 。
現在,華盛頓已經認識到這一點。
突然關注這種特技術原因之一是它對人工智能應用所需的高功率半導體的必要性。事實上,一種被稱為基板上晶圓芯片( CoWoS)的特定類型封裝的短缺是 Nvidia 公司人工智能芯片生產的一個關鍵瓶頸。
英偉達 (Nvidia) 的主要芯片制造商臺積電 (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) 今年夏天承諾向封裝廠投資 30 億美元,以幫助緩解封鎖。首席執行官 CC Wei 在公司第三季度財報電話會議上告訴投資者,公司計劃在明年年底前將 CoWoS 產能提高一倍。
臺積電先進封裝技術副總裁Jun He于10月在臺北舉行的一次會議上表示,雖然臺積電在這項技術上已經研究了12年,但它只是一個利基應用,今年才開始興起。“我們正在瘋狂地建設產能,”Jun He 說道,并補充道,“每個人,甚至可能是星巴克”,都在談論 CoWoS。
不僅僅是臺積電。美光公司正在印度建立一座價值 27.5 億美元的后端工廠,而英特爾則同意在波蘭建造一座價值 46 億美元的組裝和測試工廠,并在馬來西亞投資約 70 億美元用于先進封裝。韓國SK海力士去年表示,計劃投資150億美元在美國建設封裝工廠。
英特爾首席執行官帕特·基辛格在接受采訪時表示,“現在在封裝領域擁有一些非常獨特的技術”。“如今從事人工智能芯片工作的每個人都會說,哇,這就是我提高人工智能芯片能力的方式。”
一些分析師預測,這將為該領域的公司帶來巨大財富。麥肯錫表示,數據中心、人工智能加速器和消費電子產品的高性能芯片將為先進封裝技術創造最大的需求。
Jeffries 分析師 Mark Lipacis 和 Vedvati Shrotre 在 9 月 14 日的一份報告中寫道,預計使用先進封裝的芯片出貨量將在未來 18 個月內增加 10 倍,但如果它成為智能手機的標準配置,這一數字可能飆升至 100 倍。該技術是行業“結構性轉變”的一部分。
雷蒙多提到的原因是芯片制造正在接近物理學的極限。
在過去的五十年里,芯片的性能不斷提高,這在很大程度上得益于生產技術的進步。這些組件現在包含多達數百億個微型晶體管,使它們能夠存儲或處理信息。但現在,這條以英特爾創始人的名字命名為摩爾定律的進步之路正面臨著根本性障礙,這些障礙使得實現改進變得更加困難且成本高昂。
摩爾定律(更多的是一種觀察)指出,芯片上的晶體管數量大約每兩年就會增加一倍。隨著進展速度放緩,公司“無法每兩年以一半的成本、兩倍的時鐘速度和更低的功率水平提供兩倍的晶體管,該行業已開始更多地依賴先進封裝”彌補不足的技術,”利帕西斯和什羅特寫道。
許多設計師和公司不再將越來越小的元件塞到一塊硅片上,而是宣揚模塊化方法的好處,即用多個緊密封裝在同一封裝中的“小芯片”來構建產品。
這就解釋了為什么荷蘭專業芯片封裝工具制造商 BE Semiconductor Industries NV 的價值在過去 12 個月內翻了一番,達到約 98 億美元,超過費城半導體指數兩倍。
與前端制造相關的金額相比,這仍然相形見絀——荷蘭公司 ASML NV 幾乎壟斷了生產尖端半導體所需的機器,其市值接近 2500 億美元。英特爾位于德國東部城市馬格德堡的尖端芯片制造廠耗資 300 億美元,是其在馬來西亞承諾的四倍多。
然而,在愛爾蘭的新工廠馬格德堡與其具有先進封裝能力的波蘭工廠之間,“波蘭實際上可能是最重要的,”基辛格說。
先進芯片封裝清洗:
合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。
水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。
污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣,通電后發生電化學遷移,形成樹枝狀結構體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。
這么多污染物,到底哪些才是最備受關注的呢?助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質在所有污染物中的占據主導,從產品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大,嚴重者導致開路失效,因此焊后必須進行嚴格的清洗,才能保障電路板的質量。
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