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引领TGV技术创新,国内激光企业领航先进封装新风向

时间:2024-05-23 阅读:
与有机基板相比,玻璃基板凭借其卓越的平整度、绝缘性、热性能和光学性质,为需要密集、高性能互连的新兴应用提供了传统基板的有吸引力的替代方案,开始在先进封装领域受到关注。去年来,英特尔、三星等先后宣布了在玻璃基板技术上的投资和布局,英伟达、AMD、苹果等大厂也均表示将导入或探索玻璃基板芯片封装,使得该技术一跃成为半导体市场最受关注的焦点。

在全球半导体技术迅猛发展的今天,先进封装技术成为推动行业进步的关键力量,而玻璃基板已成为重塑产业格局、决定未来胜负的重要战场之一。作为全球领先的激光精密微纳加工装备制造商,帝尔激光宣布其玻璃通孔激光设备已经在小规模生产中得到应用。

玻璃基板来袭,TGV成为核心挑战

人工智能、数据中心、自动驾驶汽车、5G等高性能计算技术正推动新一轮半导体增长周期。高性能计算的应用场景不断拓宽,对算力芯片性能提出更高要求,在物理瓶颈拖慢摩尔定律步伐的情况下,先进封装与晶圆制造技术相结合可以满足计算能力、延迟和更高带宽的要求,成为后摩尔时代集成电路技术发展的一条重要路径,重要性与日俱增。

在先进封装浪潮中,随着对更强大计算的需求增加,半导体电路变得越来越复杂,信号传输速度、功率传输、设计规则和封装基板稳定性的改进将至关重要。当前主流采用的塑料基板(有机材料基板)很快就会达到容纳的极限,特别是它们的粗糙表面,会对超精细电路的固有性能产生负面影响;此外,有机材料在芯片制造过程中可能会发生收缩或翘曲,导致芯片产生缺陷。随着更多的硅芯片被封装在塑料基板上,翘曲的风险也会增加。

与有机基板相比,玻璃基板凭借其卓越的平整度、绝缘性、热性能和光学性质,为需要密集、高性能互连的新兴应用提供了传统基板的有吸引力的替代方案,开始在先进封装领域受到关注。去年来,英特尔、三星等先后宣布了在玻璃基板技术上的投资和布局,英伟达、AMD、苹果等大厂也均表示将导入或探索玻璃基板芯片封装,使得该技术一跃成为半导体市场最受关注的焦点。

先进封装中2.5D和3D IC集成方案是实现下一代性能要求和适用于商业产品的关键组成部分,超高密度的I/O连接可利用中介层实现,最突出和最广泛使用的中介层类型之一是硅通孔——TSV中介层。而在玻璃基板中,同样通过高密度的通孔来提供垂直电连接,它们被称为玻璃通孔(TGV) ,形成高质量、高密度的TGV通孔对于中介层至关重要。

TGV成孔技术需兼顾成本、速度及质量要求,挑战在于其需要满足高速、高精度、窄节距、侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求。多年以来,业界及学界许多研究工作都致力于研发低成本、快速可规模化量产的成孔技术。一般而言,TGV可利用喷砂法、光敏玻璃法、聚焦放电法、等离子刻蚀法、电化学法、激光诱导刻蚀法等技术进行成孔制作。

截至目前,激光诱导刻蚀优势明显且已获应用,有望在成孔技术中脱颖而出,使得激光刻蚀设备成为成孔工艺核心设备之一。

抢占先机,帝尔激光落子TGV技术

帝尔激光自2008年成立以来,一直致力于激光技术的研发与创新,在光伏、新型显示和集成电路等泛半导体领域提供一体化的激光加工综合解决方案。目前,公司的激光加工技术已广泛应用于PERC、TOPCon、IBC、HJT、钙钛矿等高效太阳能电池及组件等领域,核心产品综合全球市占率长期保持在80%以上。其PERC激光消融、SE激光掺杂等技术直接推动了第二轮光伏产业升级,针对正在进行的第三轮光伏产业升级,也已经推出BC微刻蚀、PTP激光转印、TCSE激光一次掺杂、LIF激光诱导烧结、组件封装整线等多款关键新型装备。

在新型显示领域,帝尔激光发挥激光技术在薄膜材料、硬脆透明材料和特殊薄金属材料等方面的优势,推出了OLED/MiniLED激光修复、MicroLED激光巨量转移、激光巨量焊接等装备。在集成电路领域,帝尔激光聚焦第三代半导体、先进封装等技术发展与革新需求,瞄准半导体领域关键需求和核心问题,开发多款先进半导体激光技术,推出了TGV激光微孔、IGBT/SiC激光退火、晶圆激光隐切等装备。

帝尔激光深耕激光加工领域多年,始终坚持原始创新,探索激光技术应用“无人区”。2023年,帝尔激光研发费用达2.51亿元,营收占比达15.58%,同比2022年增长超过90%。2024年一季度,研发费用为6996万元,相比去年同期增幅超60%。

在技术实力的加持下,2023年,公司实现营业收入16.09亿元,同比增长21.49%;归母净利润4.61亿元,同比增长12.16%。2024年一季度,公司实现营业收入4.50亿元,同比增长29.60%;归母净利润1.35亿元,同比增长44.48%。

洞察到TGV技术在先进封装市场中的重要地位,以及其在实现高性能计算封装中的关键作用,帝尔激光紧跟行业发展趋势,已于2022年实现首台TGV玻璃通孔激光设备出货。

帝尔激光主要聚焦于“激光诱导改质+化学蚀刻”的方式,在玻璃内部形成巨量通孔结构,为后续的金属化工艺实现提供条件,主要应用场景包括玻璃封装基板、Mirco LED基板、IPD集成无源器件、MEMS转接板、微流控器件、其他玻璃微结构等,支持石英、硼硅、钠钙、铝硅等多种不同玻璃材质,可根据需求在基板上实现圆孔、方孔、埋孔、通孔以及微槽等多形态工艺。

图:100:1深径比玻璃通孔

帝尔激光推出的TGV设备通过激光加速可控蚀刻LACE(Laser Accelerated Controlled Etching)技术,利用超高峰值功率密度整形后的激光束,瞬间作用在透明材料内部形成微小的激光改质通道,再基于改质与非改质区域的异向腐蚀速率特性,化学蚀刻形成一定深径比、形貌可控的通孔。在深孔特性方面,最大深径比达到100:1,最小孔径≤5µm,最小孔间距≤10µm。

图:ThruGlas LA-300

图:ThruGlas LA-510

该系列设备包括ThruGlas LA-300和ThruGlas LA-510两个平台,LA-300适用于晶圆级封装,支持4-12寸圆片或方片;LA-510适用于板级封装,最大支持650*650mm基板。

TGV产业静待起飞,生态建设是重中之重

在AI高性能芯片需求的推动下,玻璃基板封装被寄予厚望。据Prismark统计,预计2026年全球IC封装基板行业规模将达到214亿美元,而随着英特尔等厂商的入局,玻璃基板对硅基板的替代将加速,预计3年内玻璃基板渗透率将达到30%,5年内渗透率将达到50%以上。显然,尽管玻璃基板被行业巨头认为是半导体封装游戏规则的改变者,当前仍处于早期阶段,要实现从小规模示范尽快向大批量制造平稳过渡,需要整个产业链的共同前进。

纵观行业格局,目前全球玻璃基板市场高度集中,核心技术、高端产品仍掌握着国外先进企业中。News Channel Nebraska Central 2022年数据显示,美国是最大的TGV晶圆市场,拥有约46%的市场份额,欧洲紧随其后,约占25%的市场份额。在TGV晶圆市场的主要参与者中,康宁、LPKF、Samtec、Kiso Micro、Tecnisco等全球前五名厂商占有率超过70%。

值得注意的是,国内在玻璃基板封装领域势头迅猛,技术发展和产能增速高于全球平均水平。有数据预测,在2024年至2026年期间,国内将拥有超过160万片/月的玻璃晶圆设计产能。

据悉,帝尔激光TGV设备目前已经实现小批量订单,同时有多家客户在打样试验。未来,帝尔激光将继续提升TGV激光通孔设备的性能指标,积极推进相关技术迭代升级以响应更高的产业需求。与此同时,公司也将继续携手行业伙伴,共同推动半导体封装技术的创新与发展,在全球半导体市场上发挥更加重要的作用。

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