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技術前沿:凸塊制造技術——顯示驅動芯片封測核心量產工藝

jh18616091022 ? 來源:AIOT大數據 ? 2023-06-19 09:20 ? 次閱讀

顯示驅動芯片封測單價:

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顯示驅動芯片是顯示面板成像系統的重要組成部分之一,目前常見的顯示驅動芯片包括LCD驅動芯片和OLED驅動芯片。LCD驅動芯片通過接收控制芯片輸出的指令,決定施加何種程度的電壓到每個像素的晶體管,從而改變液晶分子排列/扭轉程度,由每個像素的透光率高低實現色彩變化,進而構成顯示畫面。OLED驅動芯片通過向OLED單元背后的薄膜晶體管發送指令,控制OLED子像素的亮度進而發出不同顏色的光。公司目前所封裝測試的顯示驅動芯片被廣泛應用于智能手機、智能穿戴、高清電視、筆記本電腦、平板電腦等顯示面板中。

顯示驅動領域全制程封裝測試涉及的服務,按照具體工藝制程包括金凸塊制造(GoldBumping)、晶圓測試(CP)、玻璃覆晶封裝(COG)和薄膜覆晶封裝(COF),具體情況如下:

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工藝流程

顯示驅動芯片的封裝成型需要經過多道工序的協同配合。首先,對客供晶圓進行微觀檢測,觀察其是否存在產品缺陷;對于檢驗合格的晶圓,在其表面制作金凸塊作為芯片接合的基礎;其后,對晶圓上的每個晶粒用探針進行接觸,測試其電氣特性,對不合格的晶粒進行墨點標識;接著,將晶圓研磨至客戶需要的厚度再進行切割,僅將合格的芯片挑揀出來;最后,客戶要求在玻璃基板上進行接合的則在完成切割、挑揀后包裝出庫(COG),由面板或模組廠商負責芯片與玻璃基板的接合;客戶要求在卷帶上進行接合的則需要先將芯片內引腳與卷帶接合并涂膠烘烤牢固,進行芯片成品測試后再包裝出庫(COF)。在整道生產流程中還包含多次的人工目檢以及光學自動檢測,以保障產品的質量。

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1、金凸塊制造(GoldBumping)金凸塊制造是晶圓入料檢查完成后的首道工序,制造出的金凸塊是后續引腳接合的基礎,制作過程復雜,其中主要步驟的工藝流程圖如下:

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具體過程如下:

(1)清洗:用去離子水清洗入料檢驗合格的晶圓,去除表面雜質。

(2)濺鍍:用高速離子對金屬靶材進行轟擊,將鈦鎢金靶材濺射至硅片表面,形成凸塊底部金屬層。

(3)上光刻膠、曝光、顯影:涂布光刻膠,并透過光掩膜板對涂膠的硅片進行曝光,使光刻膠發生化學反應,再將其浸入顯影液中則只有部分會溶解,從而得以在光刻膠上對凸塊的位置開窗。

(4)電鍍:將晶圓浸入電鍍液中,通電后電鍍液中的金屬離子,在電位差的作用下將移動到開窗部位形成金凸塊。

(5)去光刻膠、蝕刻:去除光刻膠,并通過蝕刻精準去除金凸塊周圍的金層和鈦鎢層,金凸塊則制作完成。

(6)良品測試:對晶圓表面金凸塊的各項測量規格如高度、長寬尺寸、硬度、表面粗糙度、剪應力等進行良品測試后則可進入晶圓測試制程。

2、晶圓測試(CP)

晶圓測試是指用探針與晶圓上的每個晶粒接觸進行電氣連接以檢測其電氣特性,對于檢測不合格的晶粒用點墨進行標識,通過點墨標識一方面可以直接計算出晶圓的良率,另一方面可以減少后續工序的工作量,提高封裝的效率,有效降低整體封裝的成本。該工序主要通過測試設備與探針臺協同完成。

3、玻璃覆晶封裝(COG)

玻璃覆晶封裝是指將芯片上的金凸塊與玻璃基板進行接合的先進封裝技術,由封裝測試廠商將芯片研磨、切割成型后,由面板或模組廠商將芯片與玻璃基板相結合。公司的玻璃覆晶封裝制程主要包括研磨、切割和挑揀等環節,主要步驟的工藝流程圖如下:

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具體過程如下:

(1)覆保護膜:將膠膜覆于晶圓正面,膠膜可以在研磨過程中保護晶圓表面免受損傷與污染。

(2)背面研磨:將晶圓背面朝上進行研磨,研磨至客戶要求的厚度。

(3)去膜、切割:去掉保護膠膜后,將晶圓箍于鐵框內,用鉆石刀片將晶圓切割成相應規格的芯片,切割后再次觀測其是否存在碎裂、裂痕、刮傷、金屬翹起等缺陷。

(4)UV照射清洗:UV照射清除表面有機污染物,減弱膠層強度以便后續挑揀。

(5)挑揀放置、最終目檢:將切割好的清潔的芯片挑揀放置于盛載盤上,最終通過顯微鏡進一步目檢。

4、薄膜覆晶封裝(COF)

薄膜覆晶封裝與玻璃覆晶封裝的工藝差別在于與芯片直接接合的基板不同,以及薄膜覆晶封裝需進行芯片成品測試。玻璃覆晶封裝是將芯片引腳直接與玻璃基板接合,故只需切割成型,后續引腳接合由面板或模組廠商負責,而薄膜覆晶封裝的軟性電路基板(卷帶)上通常會設計輸入端和輸出端引腳,需要公司先將芯片的金凸塊與卷帶上的內引腳接合,之后由面板或模組廠商將外引腳與玻璃基板接合,如下圖所示:

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薄膜覆晶封裝主要步驟的工藝流程圖如下

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具體過程如下:

(1)覆保護膜:將膠膜覆于晶圓正面,膠膜可以在研磨過程中保護晶圓表面免受損傷與污染。

(2)背面研磨:將晶圓背面朝上進行研磨,研磨至客戶要求的厚度。

(3)去膜、切割:去掉保護膠膜后,將晶圓箍于鐵框內,用鉆石刀片將晶圓切割成相應規格的芯片,切割后再次觀測其是否存在碎裂、裂痕、刮傷、金屬翹起等缺陷。

(4)UV照射清洗:UV照射清除表面有機污染物,減弱膠層強度以便后續挑揀。

(5)挑揀、內引腳接合:將切割好的清潔的芯片挑揀出來把芯片上的金凸塊與卷帶的內引腳進行接合。

(6)底部填膠、烘烤加固:對準芯片周邊底部進行填膠粘合,再置于烘烤設備中烘烤牢固。

(7)鐳射刻?。汗緯庸ず玫男酒D射刻印編號,便于后續追溯到產品。

(8)成品測試、光學自動檢測及包裝出庫:利用檢測設備進行芯片成品測試,檢驗其電氣性、微觀結構等,以及外觀檢測其是否存在缺陷,檢驗合格則可整卷包裝出庫。

全球集成電路行業發展情況

自20世紀40年代第一個晶體管的誕生,世界就步入了微電子時代。為了突破電子產品的體積限制,集成電路也應運而生,并且技術迭代加快,基本遵循摩爾定律,即晶體管集成度將會每18個月增加1倍。歷經70多年的發展,全球集成電路行業已經較為成熟,整體市場規模較為穩定。

近年來,在物聯網、5G通信、人工智能、大數據以及醫療電子等新興應用領域的強勁需求帶動下,全球集成電路行業呈現快速增長趨勢。根據Frost&Sullivan數據,全球集成電路行業銷售額由2016年的2,767.00億美元增長到2018年的3,932.90億美元,年均復合增長率為19.22%;2019年受到中美貿易問題并疊加下游消費電子市場疲軟、內存價格暴跌等影響,行業銷售額稍有下滑;但2020年在疫情背景下,居家辦公學習的需求推動了全球集成電路銷售額的強力反彈,集成電路銷售額回升至3,612.30億美元,同比增長8.36%。未來全球集成電路市場規模預計將以更快的速度,從2021年的4,006.50億美元增長至2025年的5,399.70億美元。

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中國大陸集成電路行業發展速度遠高于全球水平

中國大陸的集成電路行業發展相對較晚,于1965年研制出第一塊硅基數字集成電路,并且直到20世紀90年代才真正形成芯片設計、晶圓制造和封裝測試的完整產業鏈,進入重點建設期。近年來借助著巨大的市場需求、豐富的人口紅利、穩定的經濟增長以及積極的產業政策扶持等優勢,中國大陸集成電路產業實現了飛躍式的發展,增速遠高于全球集成電路行業的增長水平,目前中國大陸在全球集成電路市場占據舉足輕重的地位。

根據Frost&Sullivan數據,中國大陸集成電路行業銷售額由2016年的4,335.50億元增長至2020年的8,848.00億元,復合增長率高達19.52%。雖然2019年增長趨勢有所放緩,但相比于全球市場的負增長而言仍然表現強勢。2020年疫情的爆發不僅沒有帶來消極影響,反而推動了物聯網、云服務、人工智能等技術的迅速發展和廣泛應用,同比增長率回升至17.00%。未來,受進口替代的影響,中國大陸集成電路市場有望以13.00%的年復合增長率增長,仍保持為全球集成電路市場增長速度最快的地區。中國大陸集成電路市場規模預計將從2021年的9,998.20億元增長至2025年的16,301.80億元。

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中國大陸集成電路行業產量規模較小,供需缺口依然較大

我國作為發展中國家,相對于旺盛的消費需求,集成電路產量規模還相對較小。根據國家統計局數據,2020年中國大陸集成電路的產量為2,614.70億塊,同比增長29.56%。在整體產量規模呈現逐年上升的趨勢下,供需缺口依然較大,且與歐美發達國家在集成電路產業上的技術積累仍有差距,集成電路產業整體仍在跟隨追趕階段,因此我國生產所需的集成電路主要依賴進口。根據海關總署統計,2020年中國大陸進口集成電路5,435.00億塊,同比增長22.10%,我國集成電路的進口替代空間十分廣闊,尤其是中美貿易摩擦的發生,更使得集成電路的自主可控迫在眉睫。

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集成電路封裝測試行業的基本情況

集成電路制造產業鏈主要包括芯片設計、晶圓制造、封裝測試三個子行業,封裝測試行業位于產業鏈的中下游,該業務實質上包括了封裝和測試兩個環節,但由于測試環節一般也主要由封裝廠商完成,因而一般統稱為封裝測試業。封裝是將芯片在基板上布局、固定及連接,并用絕緣介質封裝形成電子產品的過程,目的是保護芯片免受損傷,保證芯片的散熱性能,以及實現電信號的傳輸。經過封裝的芯片可以在更高的溫度環境下工作,抵御物理損害與化學腐蝕,帶來更佳的性能表現與耐用度,同時也更便于運輸和安裝。測試則包括進入封裝前的晶圓測試以及封裝完成后的成品測試,晶圓測試主要檢驗的是每個晶粒的電性,成品測試主要檢驗的是產品電性和功能,目的是在于將有結構缺陷以及功能、性能不符合要求的芯片篩選出來,是節約成本、驗證設計、監控生產、保證質量、分析失效以及指導應用的重要手段。

封裝測試業是我國集成電路行業中發展最為成熟的細分行業,在世界上擁有較強競爭力,全球的封裝測試產業正在向中國大陸轉移。根據中國半導體行業協會統計數據,目前國內的集成電路產業結構中芯片設計、晶圓制造、封裝測試的銷售規模大約呈4:3:3的比例,產業結構的均衡有利于形成集成電路行業的內循環,隨著上游芯片設計產業的加快發展,也能夠推進處于產業鏈下游的封裝測試行業的發展。封裝技術歷經較長的發展過程,形成了復雜多樣的封裝形式,其發展歷史如下:

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集成電路的封裝形式多樣復雜,基于國家發改委發布的《產業結構調整指導目錄(2019年本)》,并結合行業內按照封裝工藝分類的慣例,封裝分為傳統封裝(第一階段和第二階段)及先進封裝(第三至第五階段),考慮到技術路徑與指標的差異可將先進封裝進一步細分,分為中端先進封裝(第三階段中大部分封裝技術)與高端先進封裝(第三階段中少部分封裝技術以及第四至第五階段)。傳統封裝與先進封裝的主要區別包括鍵合方式由傳統的引線鍵合發展為球狀凸點焊接,封裝元件概念演變為封裝系統,封裝對象由單芯片向多芯片發展,由平面封裝向立體封裝發展。目前,全球封裝行業的主流技術處于以CSP、BGA為主的第三階段,并向以倒裝封裝(FC)、凸塊制造(Bumping)、系統級封裝(SiP)、系統級單芯片封裝(SoC)、晶圓級系統封裝-硅通孔(TSV)為代表的第四階段和第五階段封裝技術邁進。

凸塊制造(Bumping)在先進封測技術中的重要性

①凸塊制造的概念

凸塊制造是一種新型的芯片與基板間電氣互聯的方式,這種技術通過在晶圓上制作金屬凸塊實現。具體工藝流程為:晶圓在晶圓代工廠完成基體電路后,由封測代工廠在切割之前進行加工,利用薄膜制程、黃光、化學鍍制程技術及電鍍、印刷技術、蝕刻制程,在芯片的焊墊上制作金屬焊球或凸塊。

相比傳統的打線技術向四周輻射的金屬“線連接”,凸塊制造技術反映了以“以點代線”的發展趨勢,可以大幅縮小芯片體積,具有密度大、低感應、低成本、散熱能力優良等優點;且凸塊陣列在芯片表面,引腳密度可以被做得極高,便于滿足芯片性能提升的需求。此外,凸塊的選材、構造、尺寸設計會受多種因素影響,例如封裝大小、成本、散熱等性能。

②凸塊制造技術的起源

凸塊制造技術起源于20世紀60年代。上世紀60年代,IBM公司開發了倒裝芯片技術,第一代倒裝芯片為具有三個端口的晶體管產品。隨著電子器件體積的不斷減小以及I/O密度的不斷增加,20世紀70年代,IBM公司將倒裝芯片技術發展為應用在集成電路中的C4技術,C4技術通過高鉛含量的焊料凸塊將芯片上的可潤濕金屬焊盤與基板上的焊盤相連,C4焊球可以滿足具有更細密焊盤的芯片的倒裝焊要求。此后凸塊制造技術進一步發展,利用熔融凸塊表面張力以支撐晶片的重量及控制凸塊的高度。

IBM公司開發出的初代凸塊制造技術奠定了凸塊制造技術的底層工藝,并就該技術申請了發明專利。IBM公司通過高鉛焊料蒸鍍工藝進行凸塊加工,使用高溫/低溫共燒陶瓷載板(基板)進行互聯,受該工藝方案限制,當時凸塊間距較大(>250μm)、焊接溫度過高(>300℃),且生產成本高居不下,極大限制了凸塊制造技術的推廣和應用。③凸塊制造技術的發展隨著集成電路行業的發展,新的凸塊制造工藝打破了初代技術的困局,其發展階段與集成電路行業的兩次重大產業轉移以及顯示面板產業的發展密切相關。

集成電路行業的第一次產業轉移在1970-1980年代由美國至日本:美國作為集成電路的發源地,20世紀70年代間,前10大集成電路制造商幾乎均來自美國。日本在美國技術支持與本國政策與資金支持下,依托家電和工業級計算機產業繁榮發展實現反超,在20世紀80年代末,前10大集成電路制造商中有一半以上來自日本。與此同時,日本本土對面板智能化、輕薄化的需求增加,隨之涌現大批日本封測技術廠商,凸塊制造技術在這期間得到較大發展。

第二次集成電路行業產業轉移在20世紀80年代-21世紀初,由日本至韓國、中國臺灣:憑借低廉人工成本及大量高素質人才,韓國順應消費級PC的趨勢快速發展,而中國臺灣在晶圓代工廠、芯片封測領域的垂直分工下出現市場機會,韓國與中國臺灣迅速取代日本在集成電路產業大部分的市場份額。面板產業亦轉移至韓國與中國臺灣,凸塊制造技術在產業化及轉移的過程中隨著終端應用的需求不斷被優化,濺射凸塊底部金屬工藝和電鍍凸塊工藝取代了原先成本高昂的蒸鍍技術方案,并將凸塊間距縮小至200μm以下,原材料亦出現多元化,生產良率不斷上升。

2010年以來,全球集成電路產業與顯示面板產業向中國大陸轉移的趨勢增強。隨著集成電路晶圓制程技術從2000年左右的300nm發展到目前的7nm,凸塊間距也發展到100μm以下的極細間距領域,單芯片上的金屬凸塊超過1,500個,需要每個凸塊都同基板上的線路形成良好電氣接觸,高密度細間距凸塊布局對封測企業的凸塊制造技術提出了極高要求。目前凸塊制造技術底層工藝專利已成為公開技術,國內外同行業公司凸塊制造技術均在原有凸塊制造底層工藝上進行各個環節的技術創新,以達到終端應用發展的需求。

④凸塊制造技術是先進封裝技術發展與演變的重要基礎

隨著集成電路行業技術的進步與終端電子產品需求的提高,凸塊制造技術也不斷突破技術瓶頸、實現大規模產業化,并發展成為關鍵的高端先進封裝技術之一。凸塊制造技術的重要性在于它是各類先進封裝技術得以實現進一步發展演化的基礎。倒裝芯片(FC)技術、扇出型(Fan-out)封裝技術、扇進型(Fan-in)封裝技術、芯片級封裝(CSP)、三維立體封裝(3D)、系統級封裝(SiP)等先進封裝結構與工藝實現的關鍵技術均涉及凸塊制造技術。硅通孔技術(TSV)、晶圓級封裝(WLP)、微電子機械系統封裝(MEMS)等先進封裝結構與工藝均是凸塊制造技術的演化延伸。

顯示驅動芯片行業發展情況

(1)顯示驅動芯片的基本情況

顯示驅動芯片是顯示面板成像系統中的重要組成部分,芯片集成了電阻、調節器、比較器和功率晶體管等部件,控制著顯示面板的發光線性度、功率、電磁兼容等關鍵因素,從而保證顯示畫面的均勻性和穩定性。

顯示面板由百萬級或千萬級的像素組成,單顆顯示驅動芯片可以控制眾多像素,通常小尺寸面板僅需要一顆顯示驅動芯片即可控制所有像素,大尺寸面板則需要十幾至幾十顆顯示驅動芯片,因此顯示驅動芯片的引腳眾多且排列緊密,對封裝測試的技術要求也更高。

凸塊制造技術使得傳統封裝的線連接變成了點連接,顯著提高了引腳密度。在封裝環節,目前主要采用玻璃覆晶封裝(COG)和薄膜覆晶封裝(COF)技術,玻璃覆晶封裝減小了模組體積、良品率高、成本低且易于量產;薄膜覆晶封裝可以為屏幕區域預留出更大的空間,在高清大屏或全面屏趨勢下薄膜覆晶封裝的應用比例逐步提高。

(2)顯示驅動芯片產業鏈

在顯示驅動芯片產業鏈中,一般由顯示面板企業向芯片設計公司提出設計需求,芯片設計公司在完成設計后分別向晶圓制造代工廠和封裝測試企業下訂單,晶圓制造企業將制造好的晶圓成品交由封裝測試企業,最后封測企業在完成凸塊制造、封裝測試環節后,直接將芯片成品發貨至顯示面板或模組廠商進行組裝。

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顯示驅動芯片行業主要下游市場發展情況

顯示驅動芯片行業的發展與面板行業及其終端消費市場發展情況密切相關,主要的終端消費市場集中在電視、筆記本電腦、智能手機等。

①全球電視市場

全球電視的發展趨勢為:4K電視逐漸普及,出貨量不斷攀升,2016年出貨量僅為0.64億臺,2020年增長至1.40億臺,滲透率從24.81%增至50.72%;8K電視因價格過高,市場接受度較小,2018年開始有小幅出貨,2020年出貨量僅為為100萬臺。預計2021年,全球電視的出貨量上升至2.81億臺,其中4K電視出貨量增至1.54億臺,8K電視出貨量增至200萬臺。

隨著顯示技術的發展和8K電視成本的降低,電視將繼續朝更高分辨率的方向發展。預計2025年電視出貨量為2.97億臺,4K電視出貨量增至2.24億臺,滲透率達75.42%,8K面板出貨量增至0.50億臺,滲透率達16.84%。

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隨著電視面板分辨率的提升,每臺電視所需顯示驅動芯片顆數幾乎成倍增加。每臺高清、全高清或2K電視僅需4-6顆顯示驅動芯片,但每臺4K電視需使用10-12顆顯示驅動芯片,而每臺8K電視使用的顯示驅動芯片高達20顆。因此,伴隨著未來全球電視出貨量的平穩增長以及更高分辨率電視滲透率比重的提升,所需顯示驅動芯片數量將大幅增加。

②全球筆記本電腦市場

全球筆記本電腦市場規模近五年處于平穩增長狀態,由于筆記本電腦新品硬件提升不明顯、軟件通過升級就能通用,相對延長了筆記本電腦產品的生命周期。預計2021年,筆記本電腦市場規模為1.66億臺,而隨著折疊屏等技術發展,筆記本電腦有望迎來新的增長點,市場增長速度回暖,在2025年達到1.80億臺。

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③全球智能手機市場

全球智能手機市場規模近五年處于存量更換時代,2020年受到疫情的影響,智能手機的市場規模為12.00億臺,但未來隨著5G應用的普及和新興市場的需求增長,全球智能手機市場將有所轉暖,未來全球智能手機市場將維持平穩增長態勢,預計2025年出貨量將穩步上升至13.80億部。

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全球顯示面板市場規模

根據Frost&Sullivan統計,隨著終端需求的增加,全球顯示面板市場規模從2016年的1.88億平方米增長至2020年的2.42億平方米,年復合增長率為6.53%。隨著技術的成熟發展和下游需求的增長,預計全球顯示面板的出貨量將從2021年的約2.54億平方米增長至2025年的約2.79億平方米。

全球顯示面板市場主要分為LCD面板市場和OLED面板市場。其中,LCD由于其技術的成熟性,以及在大屏幕顯示領域如電視、筆記本電腦等的廣泛應用,市場需求和占比較大。2020年,全球LCD面板出貨量高達2.33億平方米,占全球顯示面板96.00%的市場份額。LCD面板保有量高,未來將繼續穩定在高出貨量水平,預計2025年將達到2.54億平方米。OLED因其獨特的柔性特質,能滿足曲面和折疊屏的需求,被廣泛應用于手機等小屏幕產品,同時也應用于一些新興的電子產品如智能穿戴和VR設備等。2020年,全球OLED面板出貨量僅為9.70百萬平方米,但未來預計將以16.34%的年復合增長率增長,2025年有望達到25.10百萬平方米。

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全球顯示驅動芯片行業市場規模

受益于全球顯示面板出貨量的增長,顯示驅動芯片市場規模也快速增長。根據Frost&Sullivan統計,全球顯示驅動芯片出貨量從2016年的123.91億顆增長至2020年的165.40億顆,年復合增長率為7.49%。預計未來將持續增長,到2025年出貨量增至233.20億顆。

LCD面板出貨量穩步增長,帶動LCD驅動芯片出貨量逐步提升。2020年,全球LCD驅動芯片出貨量為151.40億顆,預計未來將繼續穩定在高出貨量水平,到2025年增至208.70億顆。得益于OLED屏幕的高速增長,OLED驅動芯片出貨量亦快速增長,預計到2025年將增至24.50億顆,未來五年復合增長率達13.24%。

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中國大陸顯示面板市場規模

相較于韓國與中國臺灣,中國大陸顯示面板發展較晚。隨著京東方等國產面板廠商的崛起,中國大陸顯示面板以20.23%的年復合增長率快速追趕,市場規模從2016年的43.60百萬平方米增長至2020年的91.10百萬平方米。未來,受益于行業整體的穩健增長與中國大陸市場的強勁需求,中國大陸顯示面板市場規模預計2025年將增至121.20百萬平方米。

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中國大陸顯示驅動芯片行業市場規模受下游顯示面板市場增長的驅動,疊加國家政策利好及大量資本投入,中國大陸顯示驅動芯片以高于全球平均速度增長。據統計,2016年中國大陸顯示驅動芯片出貨量僅為23.50億顆,但2020年已增至52.70億顆,年復合增長率高達22.37%。其中,LCD驅動芯片出貨量從2016年的22.70億顆增長至2020年的50.00億顆,年復合增長率為21.82%;OLED驅動芯片從2016年的0.80億顆增至2020年的2.70億顆,年復合增長率為35.54%。

預計2025年中國大陸顯示驅動芯片出貨量將達到86.90億顆,其中LCD驅動芯片產量將增至79.10億顆,OLED驅動芯片產量將增至7.80億顆。

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顯示驅動芯片封裝測試行業發展情況

(1)顯示驅動芯片封裝測試的基本情況

集成電路按照功能結構分類,可分為數字集成電路、模擬集成電路和數/?;旌霞呻娐?。數字集成電路的功能是運算、存儲、傳輸及轉換離散的數字信號;模擬集成電路的功能是處理光、聲音、速度、溫度等連續的自然模擬信號;數/?;旌霞呻娐穭t兼具兩者的功能。

顯示驅動芯片屬于數/?;旌霞呻娐?,其電信號經由芯片與基板的鍵合點、基板上的金屬線路而到達被控制的像素點。隨著對顯示分辨率的要求越來越高,顯示驅動芯片的I/O端口數越來越多,如此大規模的輸入輸出對芯片封裝技術的要求很高,并且隨著電子產品以輕薄短小為發展趨勢,要求顯示驅動芯片的體積進一步縮小,集成度進一步提高。

凸塊制造工藝結合玻璃覆晶封裝(COG)或薄膜覆晶封裝(COF)憑借其多I/O、高密度等特點,已經成為顯示驅動芯片封裝技術的主流,且其采用倒裝芯片結構,無須焊線。玻璃覆晶封裝主要用于小尺寸面板產品如手機、數碼相機、平板電腦等,而薄膜覆晶封裝將芯片封裝在可彎曲的柔性基板上,故占用面積更小,主要應用于大尺寸面板產品如電視、電腦顯示器等以及對邊框要求更高的全面屏手機。

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顯示驅動芯片封裝測試行業的發展情況

全球顯示驅動芯片封測服務的產業格局中,中國臺灣廠商占據主導地位,包括頎邦科技、南茂科技等。近些年,隨著匯成股份等大陸廠商的崛起,中國大陸的市場份額有所提升。未來隨著我國芯片設計的人才資源逐步豐富、晶圓制造業的產能供給提升、封裝測試技術的集成度進一步提高,預計2025年中國大陸的顯示驅動芯片封測服務銷售份額將進一步提升。

①全球顯示驅動芯片封裝測試行業市場發展情況

2015年起,由于京東方等國內領先面板廠商突破顯示面板核心技術,面板實現大宗商品化,整體面板及其零部件處于一個價格下行時期,因此該階段顯示驅動芯片封測市場規模沒有顯著增長。2020年,盡管新冠疫情給全球市場帶來短期沖擊,各國的經濟停擺和隔離政策影響了全球貿易的正常進行,但居家隔離、遠程辦公刺激了電子產品等終端需求的爆發,一定程度上抵消了新冠疫情帶來的負面影響。同時,由于晶圓代工廠產能緊張,整體芯片價格不斷上漲,進一步帶動了顯示驅動芯片封測市場的增長,據統計,全球顯示驅動芯片封測市場規模于2020年達到36.00億美元,較2019年增長20.00%。

未來從需求端來看,依然將有新增的面板產能釋放,對于顯示驅動芯片的需求持續走高。從供應端來看,晶圓代工廠雖然一直有新建產能投產,但多數都還未能實現量產,預計2023年晶圓產能才有望達到供需平衡。顯示驅動芯片的產量不足,將持續推高銷售價格,因此顯示驅動芯片封測市場規模將也隨之上漲,預計在2025年達到56.10億美元。

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全球及中國顯示驅動芯片封裝測試競爭格局

全球顯示驅動芯片封測行業集中度較高,頭部效應明顯,除部分專門提供對內顯示驅動封測服務的廠商集中在韓國外,行業龍頭企業均集中在中國臺灣及大陸地區。中國臺灣在經過行業整合后,中小型封測廠紛紛被大廠并購,目前僅剩頎邦科技、南茂科技兩家全球領先的顯示驅動芯片封測廠商。中國大陸起步相對較晚,且由于缺乏成熟的芯片設計廠商,市場需求不足,因此中國大陸地區的封測企業規模相對中國臺灣地區的封測企業規模較小。隨著中國大陸近年來對芯片設計企業的不斷扶持和企業技術的不斷成熟,急劇上升的顯示驅動芯片封測需求將會推動現有顯示驅動芯片封測廠商的持續擴產,并吸引更多領先的封測廠商進入行業。

根據Frost&Sullivan數據統計,2020年全球顯示驅動芯片封測行業中,獨立對外提供服務且市場份額占比較高的企業包括頎邦科技、南茂科技、匯成股份、頎中科技與通富微電。其中,頎邦科技和南茂科技均為中國臺灣上市公司;頎中科技原為頎邦科技境內子公司,后被境內其他股東收購;通富微電為中國A股上市公司。

行業內主要企業情況

隨著技術的創新發展,集成電路封裝測試行業日益精細化,衍生出眾多細分領域,公司目前聚焦于顯示驅動芯片封測領域。在整個集成電路封測行業,主要公司有日月光、Amkor、長電科技、通富微電、華天科技、晶方科技、利揚芯片與氣派科技等,其中,長電科技、通富微電、華天科技產品線橫跨封測行業多個細分領域,晶方科技專注于CMOS圖像傳感器的封裝和測試,利揚芯片專注于集成電路測試領域,氣派科技系華南地區規模最大的內資集成電路封裝測試企業之一。在細分行業顯示驅動芯片封測領域,主要的公司有頎邦科技、南茂科技、匯成股份及頎中科技等,其中,頎邦科技和南茂科技均為中國臺灣上市公司;頎中科技原為頎邦科技境內子公司,后被境內其他股東收購。

1、境外企業

全球封裝測試行業的集中度較高,根據Frost&Sullivan數據統計,2020年全球前十大封裝測試企業銷售額占全球銷售額比例高達84.00%。

(1)日月光(3711.TW/ASX.N)

日月光集團總部位于中國臺灣,成立于1984年,于1989年在臺灣證券交易所上市,后并購了福雷電子、摩托羅拉封測業務,并收購ISELabs70%的股權,2000年在美國納斯達克證券交易所上市,2003年起成為全球第一大集成電路封裝測試公司。日月光提供的服務包括晶圓前段測試、晶圓針測至后段封裝及成品測試的統包服務。目前,日月光集團在上海市、蘇州市、昆山市和威海市設有半導體封裝、測試、材料、電子廠。2020年營業收入為47,697,871.00萬新臺幣。

(2)Amkor(AMKR.O)

Amkor(安靠科技)總部位于美國賓夕法尼亞州,成立于1968年,于1998年在美國納斯達克證券交易所上市,是封裝測試業務外包的領先公司。Amkor先后收購了AMD半導體工廠、CitizenWatch的半導體組裝業務、IBM在上海的半導體工廠以及在新加坡、日本、歐洲等地的封測廠商,用于發展其封測業務,并借此將業務擴展至中國、菲律賓、新加坡、日本等多個國家。2020年營業收入為505,058.90萬美元。

(3)頎邦科技(6147.TWO)

頎邦科技總部位于中國臺灣,成立于1997年,于2002年在臺灣證券交易所上市,為半導體凸塊制造專業廠商,是全球最大規模的驅動芯片封裝測試代工廠,主要提供凸塊的制造銷售并提供后段的卷帶式軟板封裝(TCP)、卷帶式薄膜覆晶封裝(COF)、玻璃覆晶封裝(COG)等服務,主要應用于LCD驅動芯片。目前也在合肥、蘇州等大陸地區投資建廠。2020年營業收入為2,227,528.40萬新臺幣。

(4)南茂科技(8150.TW)

南茂科技總部位于中國臺灣,成立于1997年,于2013年在臺灣證券交易所上市,是在半導體封裝測試中具有領先地位的公司,主要提供高密度高層次的記憶體半導體、邏輯產品與混合信號產品的封裝測試及后段的加工、配貨服務,其中顯示驅動芯片的封裝測試產能位居全球第二。產品主要應用于計算機、通訊設備、辦公室自動化以及消費電子等領域。2020年營業收入為2,301,138.10萬新臺幣。

2、境內企業

境內封裝測試企業是境內集成電路行業的重要主體之一,在世界上擁有較強的競爭力,以長電科技、通富微電、華天科技為代表的龍頭企業名列全球前十名。除第一梯隊外,境內也涌現出一批專業的封裝測試企業。

(1)長電科技(600584.SH)

長電科技成立于1998年,于2003年在上海證券交易所上市,為境內第一大集成電路封裝測試公司。長電科技在2015年并購了新加坡封裝測試廠商星科金朋,使其營收規模在當年一躍成為全球第三,自此一直保持著境內龍頭地位。長電科技主要提供微系統集成封裝測試一站式服務,包含集成電路的設計與特性仿真、晶圓中道封裝及測試、系統級封裝及測試服務。產品技術主要應用于5G通訊網絡、智能移動終端、汽車電子、大數據中心與存儲、人工智能與工業自動化控制等電子整機和智能化領域。2020年營業收入為2,646,399.45萬元。

(2)通富微電(002156.SZ)

通富微電成立于1997年,于2007年在深圳證券交易所上市,是專業從事集成電路封裝測試的公司,其通過對AMD持有的蘇州、檳城兩廠的收購,將兩廠先進的倒裝芯片封測技術和原有技術進行優勢互補,自此躍升為境內前三大封裝測試企業。通富微電擁有Bumping、WLCSP、FC、BGA、SiP等先進封測技術,QFN、QFP、SO等傳統封測技術,以及圓片測試、系統測試等測試技術。2020年營業收入為1,076,870.00萬元。

(3)華天科技(002185.SZ)

華天科技成立于2003年,于2007年在深圳證券交易所上市,主要從事半導體集成電路、MEMS傳感器、半導體元器件的封裝測試業務,包括封裝設計、封裝仿真、引線框封裝、基板封裝、晶圓級封裝、晶圓測試及功能測試、物流配送等一站式服務。產品主要應用于計算機、網絡通訊、消費電子及智能移動終端、物聯網、工業自動化控制、汽車電子等電子整機和智能化領域。2020年營業收入為838,208.42萬元。

(4)晶方科技(603005.SH)

晶方科技成立于2005年,于2014年在上海證券交易所上市,主要針對CMOS圖像傳感器提供晶圓級封裝服務,晶方科技投資了TSV技術,并開發出完整的晶圓級CSP封裝工藝,為2.5D和3D先進封裝的需求提供解決方案。產品主要應用于移動安全、汽車影像、運動傳感等領域。2020年營業收入為110,352.88萬元。

(5)利揚芯片(688135.SH)

利揚芯片成立于2010年,于2020年在上海證券交易所科創板上市,是國內獨立第三方集成電路測試技術服務商,主營業務包括集成電路測試方案開發、8吋及12吋等晶圓測試服務、芯片成品測試服務以及與集成電路測試相關的配套服務。產品主要應用于通訊設備、計算機、消費電子、汽車電子及工業控制等領域。2020年營業收入為25,282.54萬元。

(6)氣派科技(688216.SH)

氣派科技成立于2006年,于2021年在上海證券交易所科創板上市,一直從事集成電路的封裝、測試業務,主營業務包括芯片封裝測試和自購芯片封裝測試。產品主要應用于消費電子領域、信息通訊、智能家居、物聯網、汽車電子、工業應用等領域。2020年營業收入為54,800.45萬元。

(7)頎中科技

頎中科技(蘇州)有限公司成立于2004年6月,主要從事大規模集成電路產品和半導體專業材料的開發、生產、封裝和測試,銷售所生產的產品并提供售后服務,是國內驅動芯片封裝測試主要服務商之一。

(8)匯成股份

匯成有限責任公司成立于2015年12月,主要業務為集成電路封裝測試,目前服務于顯示驅動芯片領域。公司經營模式為行業慣用的OSAT(半導體封裝測試外包)模式,在該模式下,公司業務不涉及集成電路設計環節和晶圓制造環節,專門為集成電路設計公司提供封裝測試服務。

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原文標題:技術前沿:凸塊制造技術——顯示驅動芯片封測核心量產工藝

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