Полимерные материалы: массовое внедрение на рынок в секторе передовых технологий корпусирования

Полимерные материалы: массовое внедрение на рынок в секторе передовых технологий корпусирования

Выпуск 2(6676) от 24 января 2019 г.
РУБРИКА: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению спроса на полимерные материалы, применяемые в перспективных методиках корпусирования (в т. ч. на уровне пластины). Потенциальные возможности применения полимерных материалов, таких как бензоциклобутен, полиимид, полибензоксазол, имеющих ряд преимуществ перед другими материалами, могут в дальнейшем привести к значительным изменениям на рынке. Специалисты исследовательской фирмы Yole Développement (г. Лион, Франция) предполагают, что рынок полимерных материалов в ближайшие пять лет может удвоиться.

Движущие факторы развития перспективных технологий корпусирования – ​дальнейшая миниатюризация и увеличение функциональных возможностей ИС и многокристальных модулей, мегатенденции в области развития искусственного интеллекта, сетей 5G, дополненной и виртуальной реальности. Новые приборы, системы и средства стимулируют появление и развитие следующего поколения перспективных платформ корпусирования, таких как FO WLP с высокой плотностью размещения элементов, 3D-этажированная память с технологией TSV, корпусирование соразмерно кристаллу на уровне пластины (WLCSP) и корпусирование с использованием метода перевернутого кристалла. Также используется технология пластинного монтажа. Эти платформы уже достигли нового уровня сложности и обладают более высокими требованиями к уровню интеграции. Все это ведет к росту спроса на современные материалы с улучшенными параметрами.

Полимерные материалы (благодаря их превосходным электрическим, химическим и механическим свойствам) уже применяются в крупносерийном производстве на некоторых этапах перспективных процессов корпусирования и будут все чаще применяться по мере наращивания функциональных возможностей в этой области. Продажи полимерных материалов для корпусирования в 2018 г. превысили 700 млн долл. (в основном за счет диэлектрических материалов), а в 2023 г. достигнут ~1,3 млрд долл., при этом среднегодовой темп роста в сложных процентах (CAGR) за прогнозируемый период в целом составит 12% (рис. 1). Рост продаж полимерных материалов будет обусловлен главным образом расширением спроса на диэлектрические материалы для более сложных приборов, а также все более широким освоением полимерных материалов для временных соединений. Последний сегмент развивается за счет наращивания применения 3D-этажированных ДОЗУ с использованием технологии TSV. Один из вариантов временного соединения – ​процесс утонения пластины со сформированными кристаллами ИС: для многих перспективных конечных применений требуются ИС с более тонкими подложками. Для этого при помощи специальных материалов, формирующих временные связи, пластина со сформированными кристаллами ИС крепится к пластине-носителю, после чего ее оборотная сторона утоняется методом химико-механической полировки. По завершении процесса пластины разделяются (УЗ, лазером или другими методами).



Источник: Yole Développement

Рисунок 1. Прогноз спроса на полимерные материалы для современных технологий корпусирования на уровне пластины в период 2017–2023 гг.


ПЕРСПЕКТИВЫ РЫНКА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПЕРЕДОВЫХ МЕТОДИК КОРПУСИРОВАНИЯ

Специалисты Yole Développement спрогнозировали динамику рынка полимерных материалов на период 2017–2023 гг. (рис. 2), а также проанализировали перспективные платформы корпусирования, в которых применение полимерных материалов признано приемлемым.



Источник: Yole Développement

Рисунок 2. Перспективы развития рынка полимерных материалов для современных методик корпусирования в период 2018–2023 гг.


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ В МЕТОДИКАХ ПЕРСПЕКТИВНОГО КОРПУСИРОВАНИЯ

Полимерные материалы в основном используются для защиты печатных плат (PWB) от влаги, воздействия окружающей среды и последствий этапов обработки в рамках технологического процесса. Однако за последние несколько лет эти материалы привлекли к себе значительный интерес в области микроэлектроники, а также внесли серьезный вклад в развитие перспективных методик корпусирования за счет новых функциональных возможностей.

Поставщикам услуг корпусирования доступно большое разнообразие полимерных материалов: полиимид, полибензоксазол, бензоциклобутен, эпоксидные смолы, силиконы и акрил, свойства которых определяются их диэлектрической проницаемостью, температурой отверждения, напряженностью и т. д. Сегодня полимерные материалы уже используются в рамках перспективных методик корпусирования при формировании слоя перераспределения (RDL), формировании контактных столбиков и металлизации под контактным столбиком (UMB), формировании TSV, в операциях сборки различного уровня, а также при формировании постоянных или временных соединений. Материалы на основе полиимида чаще всего используются для пассивации RDL, а также для повторной пассивации UBM – ​здесь они являются предпочтительными. Полибензоксазол, благодаря его однородности с точки зрения каплеобразования, – ​привлекательный выбор для толстых слоев RDL (в диапазоне толщины выше 10 мкм). Кроме того, выявлено, что благодаря использованию полибензоксазола значительно уменьшаются деформация и напряженность, особенно для пластин большого диаметра (300 мм).

В основе формовочных масс, используемых только для FO WLP, лежит эпоксидная смола. Во избежание проблем деформации пластины, вызванных несоответствием значений коэффициента линейного теплового расширения (CTE) формовочной массы и кремниевой подложки, значение CTE должно быть минимальным. Кроме того, высокая адгезия между полимерным формовочным материалом и RDL делает необходимым тестирование на надежность.

С технической точки зрения среди материалов, применяемых для FO WLP, доминируют жидкие формовочные составы. Представляется, что в дальнейшем перспективными могут стать гранулированные формовочные составы.

Материалы, предназначенные для формирования временных соединений, отличаются не только по функциональности – ​важно, в какой из перспективных платформ корпусирования они применяются. Например, выбор подходящего временного связующего материала для FO WLP зависит от собственно формовочной массы с точки зрения механического напряжения, CTE, теплопроводности, сдвига кристалла и деформации пластины, в то время как топография и обработка после склеивания (соединения) представляют собой основные проблемы для 3D-этажированных приборов по технологии TSV (здесь обычно используются термопласты или термореактивные пластмассы). В настоящее время ведется оценка альтернативных решений – ​например, полиимида и полибензоксазола, но тут еще предстоит преодолеть некоторые проблемы с совместимостью при очистке и удалением отработанных материалов.

В плане материалов для подкладок и прослоек выбор конкретного решения и метода зависит от множества параметров: конечного применения, требований к термической стойкости и надежности, формирования металлических столбиковых выводов и контактных площадок, размера кристалла и используемого топологического уровня технологического процесса. Для стандартных процессов сборки в корпус с матричным расположением шариковых выводов (BGA) и корпусирования соразмерно кристаллу (CSP) в основном используется капиллярная прослойка (CUF). При этом из-за дальнейшей миниатюризации уже появилась новая опция – ​пластины с предварительно нанесенным прослоечным материалом, на которые предъявляется высокий спрос со стороны поставщиков услуг корпусирования с высокой плотностью расположения элементов (например, FO WLP и графические процессоры), а также со стороны приложений, требующих большого размера кристалла – ​в диапазоне 30×30 мм2 (тогда как CUF гораздо выгоднее для небольших кристаллов 10×10 мм2).

Таким образом, выбор правильного полимерного материала во многом зависит от технических характеристик, связанных с функциональными требованиями и стоимостью (рис. 3).



Источник: Yole Développement

Рисунок 3. Распределение полимерных материалов с различными функциональными возможностями по перспективным методикам корпусирования


ПОСТАВЩИКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МЕТОДИК ПЕРСПЕКТИВНОГО КОРПУСИРОВАНИЯ

Поставщики полимерных материалов рассматривают специализацию как средство дифференциации, обеспечивающее успешную конкуренцию в области современных технологий корпусирования. Рынок полимерных материалов диверсифицирован и фрагментирован, крупнейшие игроки на нем – ​HD Microsystems, JSR Corporation, Merck, DOW, Nagase, Asahi Kasei, Henkel, Hitachi Chemical, Sumitomo Bakelite, TOK, Brewer Science. Кроме того, существует ряд поставщиков, ориентированных строго на один конкретный материал. Некоторые компании имеют опыт в создании одного-двух материалов. Таким образом, четкого лидера среди поставщиков материалов по различным функциям и секторам в целом нет, скорее в каждой категории материалов есть свой лидер.



Источник: Yole Développement

Рисунок 4. Конкурентный ландшафт в сфере полимерных материалов для перспективных технологий корпусирования


Для улучшения своих позиций поставщики материалов используют разные стратегии. Так, стремясь эволюционировать в направлении большей диверсификации, некоторые прибегают к сделкам слияния и поглощения – ​например, Nissan Chemical поглотила фирму Thin Materials, что позволило ей выйти на поле материалов для формирования временных соединений. Сделки слияния и поглощения используются и для выхода на рынки других стран и регионов – ​с этой целью Mactac America (США) приобрела корпорацию Lintec (Япония). Поставщики, уже завоевавшие устойчивые позиции по материалам для микроэлектроники, с целью сохранения своих мест постоянно расширяют ассортимент выпускаемой продукции.

С другой стороны, китайские поставщики полимерных материалов (например, Kempur), работающие в сфере интегральных микросхем, пытаются проникнуть на рынок современных технологий корпусирования, используя свою линейку материалов для удовлетворения текущих требований. Многие из этих новых китайских игроков, которым все еще не хватает значительной доли рынка, извлекают выгоды из использования субсидий, предлагаемых местными властями (на уровне провинций и крупных городов КНР). Это может помочь им в среднесрочной перспективе конкурировать с лучшими мировыми игроками.

 

Polymeric Materials for Advanced Packaging at the Wafer-Level. Yole Développement, December 2018: https://www.i-micronews.com/manufacturing-report/product/polymeric-materials-for-advanced-packaging-at-the-wafer-level.html?utm_source=PR&utm_medium=email&utm_campaign=POLYMERIC_MATERIALS_MarketOverview_YOLE_Dec2018–1


В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ

JSR Corporation

Дата основания : 10 декабря 1957 г.
Количество сотрудников: 7203 чел.
Годовой доход: 22,4 млрд иен (211 млн долл.)..
Общий капитал: 23,370 млрд иен (219,91 млн долл.).

Фирма поставляет высококачественные продукты, в том числе синтетические каучуки общего и специального назначения, термопластичные эластомеры, имеющие характеристики каучука и пластика, и эмульсии, разработанные на основе технологии эмульсионной полимеризации синтетических каучуков и пластиков. Также предлагается широкий спектр функциональных материалов: высокоэффективные диспергаторы и материалы типа гелей (для заполнения буферной трубки оптокабеля), частицы промышленного применения, аккумуляторные материалы и энергосберегающие материалы для термического управления, химикаты.

В области пластмасс компания ориентируется в первую очередь на ABS (на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом), применяемых в том числе для производства автомобильных деталей, бытовой техники и строительных материалов.

В сотрудничестве с мировыми лидерами JSR разрабатывает и поставляет литографические материалы, материалы для химико-механической полировки и корпусирования, производства ЖК-дисплеев и дисплеев следующего поколения, УФ-отверждаемые смолы для 3D-печати, материалы и реактивы для медицинских и биологических исследований и диагностики, персонализированной медицины, разработки и производства биофармацевтических препаратов.

Компания также изготавливает литий-ионные конденсаторы и энергоэффективные накопители электричества, а также проводит перспективные исследования в области следующего поколения этих приборов.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ