新春伊始,我们将继续在公司公众号上发布花园新能源公司高端新产品性能及应用介绍以及最新的研究成果、研究进展,我们真诚期待与国内外同行、产业链上各位专家共同探讨行业的一些技术热点、难点、痛点及解决方案,共同推动中国电子信息与新能源产业高质量发展。
随着高性能芯片需求不断提升以及半导体封装市场的快速发展,高端 IC 载板供不应求。目前,国内多家企业纷纷布局高端 IC 载板。但高端 IC 载板的上游材料也需要产业链配套,但这些材料尤其是关键材料国产化率极低。作为IC封装的关键上游材料之一的超薄载体铜箔,因其加工技术难度非常高,且具有不弱于ABF载板的最小线宽线距,同等面积下具有显著的成本优势,一直被视为铜箔行业皇冠上的明珠。长期以来,超薄载体铜箔的生产和销售一直被国外公司所垄断。为了让更多的人了解这款高端新型材料,本文详细介绍了超薄载体铜箔的特性、加工技术难点及应用领域市场前景,最后介绍花园新能源自主研发的超薄载体铜箔产品性能。
通常把厚度≤12μm的铜箔称为超薄铜箔。铜箔越薄,则它的制备就更加困难,在运输过程中很容易起皱和撕裂。所以国内外对超薄铜箔的生产基本是采用具有一定厚度的载体箔作阴极,在其上电沉积超薄铜箔。然后将镀上的超薄铜箔连同阴极的载体箔一同经热压、固化压制在绝缘材料基材上,再将用作阴极的金属支撑箔用化学或机械方法剥离除去。这种在载体上电沉积的超薄铜箔称为超薄载体铜箔。
由于铜的晶格匹配,如果不使用隔离将会导致载体箔和超薄铜箔无法剥离,因此超薄铜箔生产的关键问题在于如何解决超薄铜箔与载体箔完整且稳定的剥离。一方面剥离层需要保证电镀后载体箔与超薄铜箔之间具有一定的剥离强度,另一方面也需要确保高温层压后两者易于剥离。
超薄载体铜箔由三井金属开发。20世纪90年代末,三井金属已在全球较早地实现了附超薄载体铜箔的产业化。随着芯片级封装技术的普及,电路板的线路越来越细,孔径设计也越来越小。在2020年初三井金属附超薄载体铜箔应用已发展到mSAP工艺的基板,市场迅速扩大。
在mSAP工艺制作过程中,使用的基铜厚度对于蚀刻量有着显著的影响,基铜厚度越薄,其对应的蚀刻量越小,越利于精细线路制作,同时在相同的基铜厚度情况下,线路间距越大,其对应的蚀刻量也会增加。
mSAP工艺在稳定性、质量可靠性和学习曲线等方面均优于传统的SAP工艺。mSAP工艺更简单,易操作,这也是该工艺被目前广泛应用的原因之一。
传统封装的功能主要在于保护芯片、电气连接。先进封装则在此基础上增加了提升功能密度、缩短互联长度、进行系统重构三项新功能。
传统封装技术成熟,成本较低,因此仍被广泛应用于对成本敏感或对性能要求不高的领域。
先进封装是在不考虑提升芯片制程的情况下,努力实现芯片体积的微型化、高密度集成,同时降低成本,这种技术的提升符合高端芯片向更小尺寸、更高性能、更低功耗方向演进的趋势。先进封装由于其高性能和高集成度,广泛应用于各类芯片和下游高端应用中,其中包括人工智能、智能驾驶、AR/VR、5G、手机通信、区块链等。
目前,超薄载体铜箔主要用于IC封装和无芯片封装,两者均属于先进封装。而先进封装正在高速发展,预计2026年将超过传统封装,未来市场需求潜力巨大。超薄载体铜箔是制备芯片封装基板、HDI 板的必需基材,是不可缺少的主要材料之一。
IC封装是指将集成电路芯片封装在外部保护壳内,以保护芯片免受机械损伤和环境影响,同时提供外部连接接口,方便集成电路与其他电路或设备之间的连接的技术。
IC载板为芯片提供电信号引出及支撑、散热和保护作用,同时也为芯片与PCB母板之间提供电气连接及物理支撑。IC封装的种类有很多种,每种封装都有其适用的场景和特点。
IC封装是集成电路产品中不可缺少的一部分,直接影响到产品的性能、稳定性和可靠性。载体铜箔的使用占高端IC封装中的8%,用于封装基板中,如图1所示。
无芯片封装是一种封装技术,用于将芯片(例如集成电路芯片)封装在没有硅基芯片的基板上,如下图2所示,无芯片封装技术与传统封装相比使基板加工后的厚度降低了4倍。
使用无芯技术封装基板用于以满足电子应用中的发展趋势,用以获得更轻、更小和卓越电气性能的基板,为后续的终端加工提供更小的电子元器件。
2022年全球超薄铜箔需求量同比增长近100%。超薄载体铜箔属于高端铜箔产品,其广泛应用于电子电气的PCB、电子封装、电子显示器等领域。随着全球电子产业的整体发展,对超薄载体铜箔的国际市场需求也在不断增加。特别是在亚洲地区,如中国、日本和韩国等,对超薄载体铜箔的需求量持续增长。
根据新思界产业研究中心发布的《2023—2028年中国可剥铜(可剥离超薄铜箔)行业市场深度调研及发展前景预测报告》,超薄载体铜箔主要用于IC载板的封装。随着高性能计算及存储芯片行业景气度提高,IC载板市场需求日益旺盛。2022年全球IC载板市场规模达到191.8亿美元,同比增长36.1%。下游行业发展速度加快,带动超薄载体铜箔市场空间不断扩大。根据中国海关的数据显示,2023年1-12月中国铜箔累计进口量约为91925.18吨,超薄载体铜箔在其中的整体需求是处于供不应求的状态。
目前,国内所使用的超薄载体铜箔绝大部分都需要从日本进口。2023年中国从日本进口的铜箔达百亿元,国内供需关系严重不对等,具有非常大的市场前景。
珠海越亚是国内最早生产IC封装载板的陆资企业之一,是全球首批利用自主专利技术“铜柱增层法”实现“无芯”IC封装载板量产的企业,其生产的各种封装载板在国内外相关细分市场均处于领先地位,也是国内目前需求超薄载体铜箔的最大的客户。
兴森科技成立于1999年,深耕电子电路行业30年,是全球先进电子电路方案数字制造提供商,掌握集成电路生产制造领域核心技术及关键产品量产能力,产品布局覆盖电子硬件三级封装领域。它是目前国内超薄载体铜箔需求量第二大的客户。
由于超薄载体铜箔主要用于高端产品,所以客户公司群体主要是集中在珠三角地区的高新企业。
对于超薄载体铜箔行业的龙头——三井金属来说,该公司目前占据全球超薄载体铜箔95%的市场。为避免华为公司被“卡脖子”的类似事件再度发生,我们急切需要国产化来制造替代产品。
为打破日本三井金属在超薄铜箔领域的技术垄断,降低国内企业的生产成本,提高市场竞争力,促进芯片产业健康发展,增强技术创新能力,国内铜箔企业必须尽快掌握自主的超薄载体铜箔生产加工核心技术,不断改进工艺提升产品性能、降低生产成本,抢占被国外企业所垄断的超薄载体铜箔中国市场,摆脱进口依赖,这对于中国整个电子产业的发展都具有重要的战略意义。
经过不懈地努力,目前,花园新能源公司已在超薄载体铜箔研发上取得重大突破,成功攻克剥离层、超薄层的技术壁垒,工艺路线已确定,并已经进行试生产,样品已提供给下游公司正在进行相关的验证。
载体箔的表面状况决定着超薄铜箔的表面状况,为了获得较小粗糙度的表面,沉积超薄铜箔一般都选择在载体箔的光面上。超薄载体铜箔的粗糙度与载体箔的粗糙度有关,为了获得更低粗糙度的超薄铜箔,花园新能源公司选用光面粗糙度低的铜箔作为载体箔。
图4. 花园新能源公司
以下是产品参数的要求以及该参数的优点:
①低厚度的超薄载体铜箔可以减少终端产品中元件的重量。
②有助于实现小型化设计和提高器件的性能密度。
③目前主流的发展趋势是向集成化,精细化发展,需要越来越薄的超薄铜箔用于IC封装等产业。
①低粗糙度的铜箔可以确保更加精确的电路图案和连接,有助于提高电子元器件的性能和稳定性。
②低粗糙度的铜箔能够减少信号传输过程中的信号衰减和干扰,提高信号传输的质量和稳定性,特别是在高频率和高速数据传输中更为重要。
③在一些应用中,超薄载体铜箔可能被用作散热片或导热材料,低粗糙度可以提高其表面的导热性能,更有效地散热。
压合后剥离力太小会导致载体箔脱落,无法加工;剥离力太大会导致下游加工的困难。载体铜箔需要常温状态下和压合后均保持稳定且均匀的剥离力,且在继续加工时不能脱落。
为了保证下游加工时刻蚀超薄铜箔时超薄铜箔不会在BT基材、FR-4基材上脱落,产品压合后需要保证一定的抗剥离强度。
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