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泛林集團改用方形基板替代圓形晶圓,提升芯片產能。
近日,泛林集團正式揭牌啟用全新的“基板創新中心”,并向全球媒體公開中心研發體系與技術布局。該創新中心是企業聚焦面板級封裝(PLP)技術的核心研發基地,核心突破點在于摒棄半導體后端封裝長期使用的圓形晶圓載體,全面轉向方形基板開展封裝、檢測、成型等一系列后端工序。半導體后端制程是芯片生產的關鍵收尾環節,即在晶圓完成電路刻蝕、薄膜沉積等前端工藝后,對裸片進行切割、性能檢測、封裝保護,最終將工業芯片轉化為可商用的終端產品。
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來源:Lam Research
目前,該創新中心已搭建完整的方形基板化學處理、電鍍、改性加工試驗產線,專門用于驗證面板級封裝的全套設備適配性與工藝穩定性,為后續規模化技術落地積累核心數據。泛林集團此次技術革新,核心訴求是適配當下高速增長的高端芯片市場需求,通過載體形態的革新,實現單批次芯片產能提升、原材料損耗降低、整體封裝生產效率優化。
泛林濕法設備技術系統部門副總裁艾倫·菲爾普斯在采訪中客觀分析了行業現狀:“隨著人工智能、大模型算力、高性能計算產業持續擴容,高端芯片的封裝結構持續向大型化、集成化、復雜化迭代,傳統制造載體的適配短板愈發明顯。”他補充表示,突破傳統圓形晶圓的固有形態限制、落地方形基板工藝,能夠在同等生產面積、同等設備能耗條件下,大幅提升半導體芯片的產出數量,有效緩解高端芯片產能緊缺的行業痛點。
當前全球半導體制造的核心載體形態正迎來結構性變革,從沿用百年的圓形晶圓逐步向方形基板轉型。AI芯片、算力芯片的封裝尺寸持續升級,早已突破傳統圓形晶圓的工藝適配邊界,而方形基板具備排布空間充足、布局密度更高、適配大尺寸芯片的優勢,已成為全球半導體封裝領域公認的下一代核心制造方案。
從圓形晶圓到方形基板:大幅減少邊角廢料
長期以來,全球半導體產業鏈的制造、封裝、測試環節均以圓形晶圓為標準載體,整套產業鏈的設備規格、工藝參數、材料體系均圍繞圓形形態搭建,形成了成熟穩定的行業生態。但隨著AI芯片技術迭代,主流高端芯片普遍集成圖形處理器(GPU)、高帶寬內存(HBM)、多核運算單元等復雜結構,芯片整體尺寸顯著增大,傳統圓形晶圓邊緣無法利用的空白區域持續增加,物料浪費、產能損耗問題日益突出。
面板級封裝(PLP)技術的落地,精準解決了圓形晶圓的空間利用率短板。從物理布局邏輯來看,方形規整形態能夠完美適配各類方形芯片的排布需求,徹底規避圓形載體的邊角空白浪費問題。通俗而言,將多塊方形芯片布置在圓形晶圓上,必然會產生大量無法利用的空隙,而方形基板可實現芯片緊密、規整、高密度排布,空間利用率實現質的提升。
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以行業主流生產規格為參照,目前商用最廣泛的300毫米直徑圓形晶圓,僅可容納8塊84毫米×54毫米規格的大尺寸高端芯片;而尺寸規格相近的310毫米×310毫米方形基板,可穩定容納15塊同規格芯片,單基板產能近乎翻倍,產能提升效果十分顯著。這一優勢在大批量、規模化高端芯片生產中,能夠有效降低單顆芯片的制造成本,提升產業鏈整體經濟效益。
不過,方形基板工藝的規模化落地存在極高的技術壁壘,這也是行業遲遲未能全面替代圓形晶圓的核心原因。相較于結構對稱、受力均勻的圓形晶圓,方形基板的邊角與中心區域存在天然的工藝差異,化學藥液噴涂、電鍍沉積等制程難以實現全域均勻覆蓋,極易出現邊角工藝缺陷、中心參數超標等問題。同時,隨著基板尺寸擴大,板材受熱、受力不均引發的翹曲變形問題會持續加劇,一旦單道工序出現細微誤差,將引發批量產品瑕疵,造成遠高于傳統工藝的生產損耗。
針對上述技術難題,泛林集團依托全新的基板創新中心開展專項攻堅,在量產前完成全流程工藝驗證、參數調試與風險測試。企業將聯合全球上下游客戶,復刻真實量產工況,持續優化工藝參數,提升產品良率與工藝均勻性,逐步解決方形基板制程的穩定性難題,為技術商業化量產筑牢基礎。
行業生態搭建,仍是落地最大難題
技術工藝突破之外,全產業鏈生態體系的重構與標準化建設,是面板級封裝技術全面普及的核心先決條件。方形基板替代圓形晶圓并非單一工藝的升級,而是對整個半導體后端產業鏈的全面革新。雖然新方案能夠顯著提升產能、減少損耗,但產業鏈上下游的生產設備、核心耗材、檢測儀器、客戶生產標準,均需要全面適配全新的方形基板規格與工藝體系。
目前全球尚未形成統一的方形基板行業標準,不同企業研發的基板尺寸、材質參數、工藝適配要求存在差異,這直接導致上下游設備、材料、檢測流程的標準化進程滯后,大幅增加了技術普及的成本與難度。對此,菲爾普斯表示:“面板級封裝的商業化落地,無法依靠單一企業獨立完成。這項顛覆性技術需要終端芯片客戶、材料供應商、設備廠商、科研機構及高校等全產業鏈主體協同協作,共同搭建統一的行業標準與產業生態。”
在全球產業布局中,泛林集團高度重視與韓國頭部半導體企業的合作協同。當前全球AI芯片產業競爭激烈,封裝技術已成為制約高端芯片性能與產能的核心環節,GPU與HBM高密度集成封裝技術更是行業攻堅重點,封裝工藝的精度、效率與穩定性直接決定高端算力芯片的產品競爭力。
雖然泛林集團未公開與三星電子、SK海力士等韓國頭部企業的具體合作方案與研發進度,但官方確認,目前已與包括韓國在內的全球多家核心客戶,同步開展方形基板封裝技術的聯合研發、工藝調試與產品驗證,持續推進技術落地迭代。
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