《2019年度中国半导体环氧塑封料产业调研报告》

2020-11-18 作者: 晴天

 

调研组长单位:汉高(中国)投资有限公司

成员单位:烟台一诺电子材料有限公司

江苏华海诚科新材料股份有限公司

北京达博有色金属焊料有限公司

贺利氏招远金属材料有限公司

本报告调研单位:江苏华海诚科新材料股份有限公司

 

前 言

 

2019年,全球半导体市场需求下滑,根据WSTS统计,2019年全球半导体市场销售额4 121亿美元,同比下降了12.1%。据中国半导体行业协会统计,2019年中国集成电路产业销售额为7 562.3亿元,同比增长15.8%,是近三年来首次增幅低于20%。

 

环氧塑封料作为半导体封装关键结构性材料,2019年受全球半导体产业大环境、中美贸易战等因素的影响,上半年环氧塑封料市场需求逐月下降,下半年随着国产材料替代加速,市场才开始出现回暖。中美贸易战持续使国内封装厂家也意识到材料国产化的重要性和紧迫性,这给国内塑封料产业的发展带来良好的发展机遇。下半年开始,环氧塑封料等半导体封装材料国产化得到封装厂家推进,QFP、QFN、BGA、WLCSP、Fan-Out WLP 、MUF等中高端集成电路封装用国产环氧塑封料得到应用考核机会,这也是国内塑封料市场开始回暖的推动力。

 

国内现状

2.1●国内塑封料产业规模及市场情况

 

我国现已成为世界环氧塑封料的最大生产基地,2019年国内环氧塑封料生产企业(包括外资企业在国内建立的工厂)年产能约为10万吨,2019年产销量约7万吨,其中分立器件用塑封料年产能约3.6万吨,集成电路用塑封料产能约3.4万吨。目前,国产塑封料品种较齐全,能满足集成电路封装从低端到高端材料的需求。产品覆盖二极管、功率器件、大规模/超大规模集成电路等封装。产品在封装形式上能满足TO、DIP、SOP、QFP/TQFP、QFN、BGA、WLCSP、Fan-Out WLP等封装。我国环氧塑封料生产企业主要是以满足内需为主,出口量很小。环氧塑封料市场主要集中在半导体封装企业相对集中的长三角地区、珠三角地区、京津地区、西部地区等。我国生产环氧塑封料企业20家,主要的代表生产厂商有10家。如表1所示。

 

2.2●国内环氧塑封料技术水平

国内各大环氧塑封料企业都在基础研究、新材料应用上加强自身研发能力。国内企业的产品EMG-350、KH-G200、GR360在DIP市场上为主流产品,其中EMG-G350由于优良的性价比已经成为很多设计公司指定的DIP封装产品;EMG-400、EMG-600、KH-G500、KH-G600、 GR510等环氧塑封料产品在SOP/SOT市场上解决了之前国内封装企业完全依赖进口材料的格局;EMG-400HV由于具有优异的高温电性能亦成为国内诸多设计公司指定的用于LED驱动电源封装材料;在QFN封装材料领域,国产塑封料已经批量生产;在BGA封装领域,国产材料已解决了绿油粘接、翘曲控制、冲丝等技术难题,正在逐步进入市场。在FOWLP/板级封装领域,国内塑封料供应商对压缩模塑成型所需的Granular Powder的生产仍处于初步探索阶段。

 

国内环氧塑封料企业2019年以来的核心技术能力的提升,为打破国外企业长期垄断中国高端环氧塑封料市场格局,对我国集成电路产业健康稳定发展具有重要意义。

 

2.3●国内高端环氧塑封料的现状详解

2.3.1●高端模组用环氧塑封料

 

由于模组内有大量的不同CTE的电子元器件并且包含有各种界面/狭缝,因此对环氧塑封料的要求,一方面要能够完美的填充各种狭缝,另一方面还要能够满足良好的粘接,同时还要具备超低应力。个别模组还有高导热的要求。目前国内环氧塑封料供应商已具备这种环氧塑封料的供货能力。

 

2.3.2●高导热环氧塑封料

 

目前国内产品EMG-900-A3塑封料已经可以做到3W的水平,但还未能在市场上得到大规模的检验,而国外塑封料目前已经可以做到5W,并持续向更高的导热研发。国内塑封料供应商需要在填料/工艺上持续进行研发以满足越来越高的导热要求。

 

2.3.3●QFN/BGA用环氧塑封料

 

虽然国内塑封料已经基本解决翘曲控制/流动性/可靠性等问题并在QFN上量产,但是仍需要解决在量产过程中出现的各种潜在问题,同时针对QFN10*10等大颗产品,其MSL1的高可靠性要求仍需要国内塑封料持续进行研发,对于BGA应用中绿油的粘接,低翘曲,越高流动性等要求也需要持续的进行改进。

 

2.3.4●LowDk/Df环氧塑封料

 

国外塑封料已出现在高频下的低介电常数,低介电损耗的材料,而国内塑封料供应商基本上处于探索阶段。

 

2.3.5●20 μm cut填料的高填充技术/Granular Powder制造技术及FOWLP/板级封装用环氧塑封料

 

FOWLP/板级封装是近年来新兴的封装形式,也是未来的发展方向,其技术核心为20 μm cut填料的高填充技术和Granular powder 制造技术。国内塑封料供应商技术上已经实现20 μm cut填料的填充量达到88%-90%;而Granular powder作为解决FOWLP/板级封装的压缩成型(Compression molding)工艺过程中的气孔问题的关键核心技术,由于国外对该设备的技术封锁,目前,国内相关企业在积极进行相关生产设备/工艺的自研,可以提供试验室级别的直径0.5-1 mm,长度1-2 mm的Granular powder样品。

 

2.3.6●高Tg/高可靠性环氧塑封料

 

在功率器件领域,由于芯片的功率密度、工作温度越来越高,因此要求环氧塑封料的Tg也越来越高,但是高Tg同时也意味着高的应力、高的吸水率、低的粘接力,最终导致低的可靠性。如何解决这个矛盾,是摆在国内环氧塑封料供应商的一个技术难题。

 

2.4●存在问题分析

2.4.1●存在的问题

 

虽然国内塑封料企业近几年取得了长足发展,但也应看到国内环氧塑封料企业还存在核心技术相对薄弱、应用考核手段不足、原材料供应等问题,与国外企业比较还有差距。主要存在的问题如下:

 

(1)环氧塑封料的高端电子级环氧树脂、固化剂等原材料被国外垄断,多功能新型结构的原材料国外限制出口。由于电子级原材料性能要求高、市场需求量小、研发与生产成本都较高、利润低,国内原材料供应商研发生产意愿不强,即使拥有技术也不愿投资进行生产。作为环氧塑封料生产企业,原材料继续上涨,成本压力越来越大。

 

(2)国内塑封料厂家自身研发能力不足,研发新品的评估依赖于客户。这需要与客户建立起良好的合作关系,推动新产品应用考核。

 

(3)在市场分布方面,国内环氧塑封料生产企业大部分还是集中在分立器件和中小规模IC封装用环氧塑封料的生产领域。当国际上出现集成电路新型封装形式、新型技术时,这些技术是与国外塑封料制造商合作开发很多年相对成熟后才进入国内,此时国内塑封料制造商只能跟随,在跟随时,客户由于材料更换替代考核验证流程复杂、周期长,没有特殊情况下,客户塑封料国产化替代的意愿不强,使得国产塑封料在高端产品领域的推广应用进展较缓慢。

 

2.4.2●措施及建议

 

(1)推进材料国产化

目前,国产环氧塑封料仅占国内市场的30%左右,特别是高端集成电路封装用材料绝大部分依靠进口,严重滞后市场发展需求,已成为制约我国集成电路全产业链良性发展的瓶颈,并给产业安全带来较大的风险。作为材料产业企业,期望整个集成电路产业链支持材料国产化,多给国产材料厂家试用机会,摆脱偏见,并给材料厂家合理的利润空间,整个国产环氧塑封料产品才能进步,进而提升集成电路全产业链核心竞争力。建议国家出台相关优惠政策,鼓励集成电路制造企业加大对国内材料供应商扶持,引导形成供应链良性生态体系。

 

(2)促进设计、封测、材料等企业协同发展

没有应用与测试考核平台,环氧塑封料生产工艺及产品稳定性就难以及时有效的进行检测和改进提高,这是严重制约国产材料创新发展的瓶颈之一。当前国内塑封料企业普遍缺乏应用考核手段,这就需要设计公司、封测企业对环氧塑封料制造商在研发过程中能多提供试用考核的机会,使塑封料企业的研发结合市场应用,有的放矢,缩短研发周期。

 

(3)加大高端环氧塑封料关键技术创新投入

国内环氧塑封料产品多在中低端市场领域,高端产品基本上全部依赖进口。一方面企业应加大高端产品研发投入力度,另一方面建议国家集成电路产业基金能给材料产业加大扶持力度,提升集成电路全产业链核心竞争力,推动我国集成电路产业持续、健康、快速发展。

 

国内环氧塑封料发展趋势与展望

 

现阶段新基建成为热点,5G、特高压、轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等领域也一同被推到新风口,这给我国集成电路封测产业发展带来良好的机遇和巨大市场需求。环氧塑封料作为集成电路封装核心材料之一,在高端材料领域长期被国外企业垄断,国外产品占据国内80%以上市场份额。目前国内大量的市场需求,加上广阔的替代进口空间,亦给环氧塑封料产业发展提供了良好的发展机会。

 

环氧塑封料产业是集成电路封测产业的支撑材料产业,对集成电路制造业安全可靠发展以及持续技术创新起到至关重要的支撑作用。近年来,我国环氧塑封料产业得到了快速发展,但在技术水平上,与国外仍存在较大差距。中美贸易战使国内封装厂家也意识到材料国产化的重要性和紧迫性,这给国内塑封料产业的发展带来良好的发展机遇。展望2020年,环氧塑封料产业在国家政策大力扶持及市场国产化需求的双重驱动下,主要是以满足国内市场需求为主,打破日本、美国等国外企业长期垄断国内高端环氧塑封料市场的格局,替代进口,扩大我国环氧塑封料在国内中高端产品市场的份额,降低国内集成电路封测企业生产成本,提高我国集成电路产业核心竞争能力。相信随着我国集成电路产业的发展,随着材料国产化积极推进,环氧塑封料等材料产业作为集成电路产业链中重要一环,将会得到快速发展,以推动我国半导体产业健康稳定发展,铸就我国半导体产业繁荣。

 

结束语

目前,全球疫情影响、经贸摩擦此起彼伏,世界宏观经济不确定因素增加,经济下行趋势明显。在这种国际经济环境下,我国在发展成为集成电路产业强国道路上必将面临较大挑战。目前我国半导体产业主要优势在于组装和封测,国内组装和封测领域已处于世界第一梯队。环氧塑封料作为其配套与支撑材料,需要上下游企业有效协作配合,快速验证考核,形成协同发展的良性局面,促进材料国产化,确保集成电路产业链安全,推动我国半导体产业赶超国际一流水平。

 

 执笔人:谭伟、李兰侠

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