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上海新阳加码晶圆划片刀业务,这是个怎样的市场?

半导体行业观察 ·2018-08-12 12:04·半导体行业观察
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日前,上海新阳发表了一个名为《晶圆划片刀项目可行性研究报告》。公告中他们指出,晶圆切割使用的划片刀是我国半导体封装产业链上缺失的一环,长期以来一直依赖进口,无论从国家发展战略还是国家安全战略上考虑,都必须尽快填补这一空白。本项目致力于在我国建设晶圆划片刀生产基地,实现晶圆划片刀的国产化,充分满足我国集成电路、分立器件、LED 等产业对划片刀的迫切需求。

按照公告,该项目将由上海新阳半导体材料股份有限公司(以下简称“上海新阳”或“公司”)、张木根、金彪共同投资成立新的公司来承担(以下简称“项目公司”)。他们将共同投资4000万在上海新阳公司现有晶圆划片刀研发技术和产品良率可控的基础上,继续提升技术水平、扩大产能,达到月产 5 万片晶圆划片刀的建设目标。

下面我们来看一下这个市场的全球概况:

什么是晶圆划片刀

在半导体晶圆封装前期工作中,划片刀(dicing blade)是用来切割晶圆,制造芯片的重要工具,它对于芯片的质量和寿命有直接的影响。划片刀在半导体封装工艺中的使用如下图所示:

随着芯片的小型化、大容量化、以及高效化,芯片的结构越来越复杂,芯片之间的有效空间越来越小,因而其切割的空间也越来越窄。这对于精密切割晶圆的划片刀的技术要求越来越高。

目前切割晶圆有两种方法:一种是激光切割,另一种是机械切割,即,划片刀切割。而后者是当前切割晶圆的主力。其原因是(1)激光切割不能使用大功率以免产生热影响区(HAZ)破坏芯片,(2)激光切割设备非常昂贵(一般在 100 万美元/台以上),(3)激光切割不能做到一次切透(因为 HAZ 问题),因而第二次切割还是用划片刀来最终完成,所以划片刀会在相当长的一段时间内,是半导体封装工艺中不可缺少的材料之一。

绝大部分硅片基底集成电路和器件产品在封装时,都需要使用划片刀进行切割。而过去 25 年来的全球经济和半导体工业统计数据显示,半导体集成电路和器件市场的年增长率和全球 GDP 的年增长率同步,所以划片刀的需求量也在逐年增长。

划片刀市场分析

目前全球划片刀市场主要参与者约 10 家,行业龙头厂商是日本 DISCO、以色列 ADT、美国 K&S 等。目前国内划片刀每年需求量在 600-800 万片,按照 160 元/片的售价估算,市场规模约为 10-15 亿元人民币。国内划片刀市场基本由 DISCO 一家垄断。划片刀技术壁垒在于产品良率,根据 DISCO 年报披露,其毛利率高达 52%。

DISCO创立于1937年,总部设在日本东京。主要为精密加工设备及工具的制造与销售,包括切割机、研磨机、刨平机(Surface Planer)、抛光机等;精密加工设备之租赁及旧设备之买卖,以及精密零件的加工服务等;主要应用于半导体、电子和建筑业。

以色列先进切割技术有限公司(ADT)专门从事半导体晶圆切割(划片)、芯片封装切割(划片)及微电子组件相关系统、工艺流程开发和刀片制造(Hubless Blades, 软刀),致力于提供电子器件和光学器件专业切割及插削服务。2003年,投资者收购了库力索法半导体有限公司(Kulicke&Soffa即K&S)的切割设备(划片机)及刀片制造(Hubless Blades, 软刀)销售部门,成立了以色列先进切割技术有限公司(ADT)。ADT企业总部、研发设施以及两家生产工厂均位于以色列。公司雇佣了约160名专业人员。

库力索法公司始建于1951年,是一家美商独资企业,是全球半导体封装领域的领先者。多年来一直与全球重要的半导体制造商携手合作,并为业界多项具重要意义的技术突破做出了关键性贡献。库力索法公司致力于为全球汽车、消费电子、通讯、计算机和工业等领域提供领先的半导体封装和电子装配解决方案。

以上三者在晶圆划刀片上面都有其领先优势。而新阳方面依赖于其自有的划片刀技术积累,将会在这个领域开拓一个新空间。

新阳方面表示,公司的划片刀业务于 2015 年完成技术开发,目前产能为 5000 片每月,主要客户为通富微电,并且已经实现盈利。公司 SYB 系列划片刀具有刀片结构优化、切割精度高、能够高速连续切割、性能稳定、使用寿命长等优势,能够对金刚石颗粒的尺寸和形貌

进行了科学合理的筛选,对金刚石在刀片上的浓度、均匀度、以及集中度进行了优化,同时对镍基结合剂进行了创新的工艺处理,可对各种硬脆非金属材料进行开槽和切割,与国外同类产品相比具有极高的性价比。

新阳如何突破?

新阳认为,晶圆划片刀产品,特别是纳米级晶圆划片刀产品是用来加工超薄(100μm以下)、超小(比如 150 x 150μm 以下)、超脆(比如 Low-K 晶圆)、超繁(比如近 10 层的金属层和相对应的介电层结构)等特点的晶圆,要求该划片刀制作的每一个工序和工艺不仅苛刻,而且需要一系列的相关制作技术。

Ni 基纳米级,该划片刀的镍基厚度可以达到 10μm,是一般亚裔人头发直径的 1/9。因此,本项目采用多种技术制作纳米镍基(nickel bonding)划片刀;

机加工微米级,在机加工上,本项目采用高精度加工技术,严格控制划片刀轮毂的同心度、圆度、平行度、平整度以及表面粗糙度;

测量误差超微米级,镍基刀刃的内应力控制是至关重要的技术环节,需要特殊的检测手段与专门定制的设备,在『恒温、恒湿』的净房内使用。

在他们看来,目前,有些晶圆厚度只有 100μm 左右,而硅基芯片的物理特征又十分脆弱,精加工这样的晶圆,一般的划片刀是无法满足切割质量要求的。切割质量标准是芯片完整、不能产生微裂纹、界面不能剥离、芯片边缘不能有毛刺、背面边界不能崩裂、边角不能脱落等,所有这些条件都是以微米级来衡量的。

普通的镍基划片刀已经很难满足切割这样晶圆的技术要求,因而开发一种高性能的划片刀已经越来越重要。当前,在划片刀制造领域中,日本 Disco独占鳌头,国内有几家企业从事划片刀研发多年,仍未能实现突破。这将是他们晶圆划片刀项目的机会所在,根据半导体产业作为一个整体的趋势,该项目将处于有利地位。

在产品规划方面,他们认为,项目初期主要生产目前市场上需求量最大,国内需求最急切的各类晶圆 划片刀,然后再开发特种刀型。具体步骤如下表:

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