构建中国特色3D-TSV产业链
“十一五”期间,我国集成电路产业成绩显著,克服了全球金融危机和集成电路产业硅周期的双重影响,产业整体实力显著提升,产业规模持续扩大,创新能力显著提升,产业结构进一步优化,企业实力明显增强,产业聚集效应更加凸显。尽管如此,与国际先进水平相比,我国集成电路产业发展基础仍然薄弱,难以满足市场需求,加之该领域资金、技术、人才高度密集,使集成电路产业面临着前所未有的挑战。
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。广阔的多层次的大市场,全球范围内产业转移,产业进一步分工细化以及未来五年内可能发生的集成电路科技巨变,都为我国切入新的增长点,做大做强集成电路产业带来机会。
现状:技术竞争力偏弱但潜力巨大
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。
国内集成电路封测产业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,2010年销售额达65亿元,增长率达62.5%;高端产品所占份额,2007年前三大内资封测企业先进封装总体占比不到5%,2010年达到10%以上,预计2011年总体占比快速上升至20%以上,并且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联盟的总体协调以及国家科技重大专项“关键封测设备及材料应用工程”项目的推动,在实现多种关键封测设备及封测材料国产化的同时,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。封测企业通过利用多年来进口设备使用的经验,将有力推动装备及材料业的快速成长,从而提升集成电路封测产业的整体竞争力。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。
趋势:TSV有望延续摩尔定律
国内在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。
集成电路封测产业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。
3C电子市场作为我国封装测试市场的主要支撑力量,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。
在芯片封装领域,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)目前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,有望支持摩尔定律的进一步延续,并促进多芯片集成和封装技术的发展。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,还将强力推动相关设备、材料产业的发展。目前,构建中国特色的3D-TSV产业链,是中国封装技术水平赶超世界先进的最好切入点。
培育和发挥龙头骨干企业带动作用
龙头骨干企业是发展集成电路封测产业的核心,这些企业规模大、体制活、创新能力强。
集成电路的全产业链竞争态势将会随着全球产业格局的继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。集成电路产业产品结构日益优化,带动了整个产业的发展。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。
国内封测行业内两家龙头企业间的强强联合,建立了可针对以QFN/LQFP等先进封装外形为主所需的国产关键封测设备、材料实施验证的验证平台;同时联合上下游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,加强了研发单位设备及材料研发的工艺针对性,提升了国内封测行业的整体竞争力。
如长电先进实现了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,企业部分技术甚至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。
建设具有国际影响力半导体封测研发中心
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输出持续支撑国内技术升级。
封测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,成员单位共同承担国家科技专项,包括国家02专项、重点科技支撑项目等重大科研课题,以“十一五”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。
建设在国际半导体封测领域中具有影响力的研发中心,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。
研发中心是以先进封装/系统集成技术研究与开发为主业的、按企业化运营的国家级研发平台,兼顾我国封测产业短期和长期的发展。研发中心在未来半导体封测先导技术的研究和开发方面,立足于我国集成电路和电子制造产业特色,在超越摩尔定律技术方向(以TSV技术为主要技术路线)的部分领域引领全球技术/产业发展;在现有封测技术发展方面,开发我国封测产业急需的共性前沿技术,在主流的技术产业发展上赶上和部分超越国外封测大厂;在系统产品的开发中,充分利用先进封装技术,结合国内市场对高附加值多功能集成电子产品的强劲需求,研究和开发广泛应用于物联网、医疗电子、绿色能源、手机终端模块等方面的产品。
建设具有影响力的研发中心,有利于进一步提高我国封测产业技术创新能力和核心竞争力,可持续带动具有中国特色半导体封测产业链和价值链的发展,为打造我国世界级封测企业提供技术支撑,同时提高我国半导体封测产业在国际半导体产业格局中的地位。