【新鼎资本研究】国家芯片产业基金投资项目之六——华天科技
新鼎资本
2020-03-31 15:28:19
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华天科技(西安)有限公司


华天科技(西安)有限公司是由天水华天科技股份有限公司出资设立的专业从事集成电路高端封装测试的企业。公司成立于2008年1月,具有封装测试23亿块TSSOP、QFN、DFN、BGA、FLIPCHIP等系列集成电路的能力和1万片的CP测试生产能力。

封装,就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便于其它器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。

西安公司具备QFN、DFN、BGA、LGA、SiP等封装测试产品的大规模生产能力,并且在国内率先实现了14/16nm封装工艺、TSV+SiP 、指纹产品及FC、MEMS产品的规模量产能力。

SoC与SIP是极为相似,两者均将一个包含逻辑组件、内存组件,甚至包含被动组件的系统,整合在一个单位中。SoC是从设计的角度出发,是将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。SIP是从封装的立场出发,对不同芯片进行并排或叠加的封装方式,将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件。构成SIP技术的要素是封装载体与组装工艺,前者包括PCB、LTCC、SiliconSubmount(其本身也可以是一块IC),后者包括传统封装工艺(Wire bond和Flip Chip)和SMT设备。无源器件是SIP的一个重要组成部分,如传统的电容、电阻、电感等,其中一些可以与载体集成为一体,另一些如精度高、Q值高、数值高的电感、电容等通过SMT组装在载体上。从集成度而言,一般情况下,SoC只集成AP之类的逻辑系统,而SiP集成了AP+mobile DDR,某种程度上说SIP=SoC+DDR,随着将来集成度越来越高,emmc也很有可能会集成到SIP中。

从封装发展的角度来看,因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下,SoC曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来SoC生产成本越来越高,频频遭遇技术障碍,造成SoC的发展面临瓶颈,进而使SIP的发展越来越被业界重视。

SIP封装技术采取多种裸芯片或模块进行排列组装,若就排列方式进行区分可大体分为平面式2D封装和3D封装的结构。相对于2D封装,采用堆叠的3D封装技术又可以增加使用晶圆或模块的数量,从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数,进一步增强SIP技术的功能整合能力。而内部接合技术可以是单纯的线键合(Wire Bonding),也可使用覆晶接合(Flip Chip),也可二者混用。

除了2D与3D的封装结构外,还可以采用多功能性基板整合组件的方式——将不同组件内藏于多功能基板中,达到功能整合的目的。不同的芯片排列方式,与不同的内部接合技术搭配,使SIP的封装形态产生多样化的组合,并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。

对于电路设计而言,三维芯片封装将有多个裸片堆叠,如此复杂的封装设计将带来很多问题:比如多芯片集成在一个封装内,芯片如何堆叠起来;再比如复杂的走线需要多层基板,用传统的工具很难布通走线;还有走线之间的间距,等长设计,差分对设计等问题。

与在印刷电路板上进行系统集成相比,SIP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。相对于SoC,SIP还具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。SIP封装可将其它如被动组件,以及天线等系统所需的组件整合于单一构装中,使其更具完整的系统功能。由应用产品的观点来看,SIP更适用于低成本、小面积、高频高速,以及生产周期短的电子产品上,尤其如功率放大器(PA)、全球定位系统、蓝芽模块(Bluetooth)、影像感测模块、记忆卡等可携式产品市场。正因为SIP封装具有灵活度高、集成度高、相对低成本、小面积、高频高速、生产周期短的特点,SIP封装技术不仅可以广泛用于工业应用和物联网领域,在手机以及智能手表、智能手环、智能眼镜等领域也有非常广阔的市场。

根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义:SiP为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统。从架构上来讲,SiP是将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。与SOC(片上系统)相对应。

不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式,而SOC则是高度集成的芯片产品。SiP是超越摩尔定律下的重要实现路径。众所周知的摩尔定律发展到现阶段,何去何从?行业内有两条路径:一是继续按照摩尔定律往下发展,走这条路径的产品有CPU、内存、逻辑器件等,这些产品占整个市场的50%。另外就是超越摩尔定律的More than Moore路线,芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升方面,转向更加务实的满足市场的需求。这方面的产品包括了模拟/RF器件,无源器件、电源管理器件等,大约占到了剩下的那50%市场。

SoC与SIP是极为相似,两者均将一个包含逻辑组件、内存组件,甚至包含被动组件的系统,整合在一个单位中。SoC是从设计的角度出发,是将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。SiP是从封装的立场出发,对不同芯片进行并排或叠加的封装方式,将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件。从封装发展的角度来看,因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下,SoC曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来SoC生产成本越来越高,频频遭遇技术障碍,造成SoC的发展面临瓶颈,进而使SiP的发展越来越被业界重视。摩尔定律确保了芯片性能的不断提升。众所周知,摩尔定律是半导体行业发展的“圣经”。

在硅基半导体上,每18个月实现晶体管的特征尺寸缩小一半,性能提升一倍。在性能提升的同时,带来成本的下降,这使得半导体厂商有足够的动力去实现半导体特征尺寸的缩小。这其中,处理器芯片和存储芯片是最遵从摩尔定律的两类芯片。以Intel为例,每一代的产品完美地遵循摩尔定律。在芯片层面上,摩尔定律促进了性能的不断往前推进。

SIP是解决系统桎梏的胜负手。把多个半导体芯片和无源器件封装在同一个芯片内,组成一个系统级的芯片,而不再用PCB板来作为承载芯片连接之间的载体,可以解决因为PCB自身的先天不足带来系统性能遇到瓶颈的问题。以处理器和存储芯片举例,因为系统级封装内部走线的密度可以远高于PCB走线密度,从而解决PCB线宽带来的系统瓶颈。举例而言,因为存储器芯片和处理器芯片可以通过穿孔的方式连接在一起,不再受PCB线宽的限制,从而可以实现数据带宽在接口带宽上的提升。

为智能手机量身定制。手机轻薄化带来SiP需求增长。手机是SiP封装最大的市场。随着智能手机越做越轻薄,对于SiP的需求自然水涨船高。从2011-2015,各个品牌的手机厚度都在不断缩减。轻薄化对组装部件的厚度自然有越来越高的要求。以iPhone 6s为例,已大幅缩减PCB的使用量,很多芯片元件都会做到SiP模块里,而到了iPhone8,有可能是苹果第一款全机采用SiP的手机。这意味着,iPhone8一方面可以做得更加轻薄,另一方面会有更多的空间容纳其他功能模块,比如说更强大的摄像头、扬声器,以及电池。

触控芯片。在Iphone6中,触控芯片有两颗,分别由Broadcom和TI提供,而在6S中,将这两颗封在了同一个package内,实现了SiP的封装。而未来会进一步将TDDI整个都封装在一起。iPhone6s中展示了新一代的3D Touch技术。触控感应检测可以穿透绝缘材料外壳,通过检测人体手指带来的电压变化,判断出人体手指的触摸动作,从而实现不同的功能。而触控芯片就是要采集接触点的电压值,将这些电极电压信号经过处理转换成坐标信号,并根据坐标信号控制手机做出相应功能的反应,从而实现其控制功能。3D Touch的出现,对触控模组的处理能力和性能提出了更高的要求,其复杂结构要求触控芯片采用SiP组装,触觉反馈功能加强其操作友好性。指纹识别同样采用了SiP封装。将传感器和控制芯片封装在一起,从iPhone 5开始,就采取了相类似的技术。由于封测厂几乎难以向上游跨足晶圆代工领域,而晶圆代工厂却能基于制程技术优势跨足下游封测代工,尤其是在高阶SiP领域方面;因此,晶圆代工厂跨入SiP封装业务,将与封测厂从单纯上下游合作关系,转向微妙的竞合关系。

封测厂一方面可朝差异化发展以区隔市场,另一方面也可选择与晶圆代工厂进行技术合作,或是以技术授权等方式,搭配封测厂庞大的产能基础进行接单量产,共同扩大市场。此外,晶圆代工厂所发展的高阶异质封装,其部份制程步骤仍须专业封测厂以现有技术协助完成,因此双方仍有合作立基点。

SiP代表了行业发展方向。芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升(摩尔定律),转向更加务实的满足市场的需求(超越摩尔定律),SiP是实现的重要路径。SiP从终端电子产品角度出发,不是一味关注芯片本身的性能/功耗,而是实现整个终端电子产品的轻薄短小、多功能、低功耗,在行动装置与穿戴装置等轻巧型产品兴起后,SiP需求日益显现。

SiP在智能手机里的渗透率在迅速提升。SiP市场2013-2015的CAGR达到16%,高于智能手机市场7%的CAGR。随着智能手机的轻薄化趋势确定,SiP的渗透率将迅速提升,预计将从现在的10%到2018年的40%。我们强调,要重视智能手机里的任何一个新变化,在达到40%的渗透率之前,都是值得关注的快速成长期。

从行业配置角度看,SiP尚未完全Pricein,有成长空间。安靠和日月光在Q2财报中,不约而同给出环比增长的原因之一来自于SiP封装的放量。同时,苹果确定在新机型中使用多颗SiP,而国内厂商尚未开始跟上。

TSV在新一代指纹识别技术中大放异彩。我们认为电容式Under Glass和正面盖板“超薄式”方案有望成为指纹识别主流,即通过在盖板玻璃挖槽,直接减薄玻璃的厚度至0.2-0.3mm,并将指纹识别放置于玻璃下方,此时信号可以穿透玻璃,从而实现较高的识别精度。而TSV封装技术由于有效降低模组厚度、增强信号强度、直接与玻璃贴合等优势将取代传统的“trench+wire bonding(深坑+打线)”工艺。

TSV是 3D SIP时代最具前景的互联方式,也是重要的中道工艺,未来市场规模近百亿。TSV( Through Silicon Vias,硅通孔技术)通过金属通孔将逻辑、数字、传感器等多层晶圆连接,实现了不同功能、材质的芯片、传感器等封装在同一系统中,也同时实现了芯片在三维方向密度最大,尺寸最小,信号衰弱最少,因此是3D SIP时代最具前景的互联方式。根据Yole development,2017年使用TSV技术的晶圆(折合12寸)为950万片,市场规模90亿美元,渗透率9%,近两年复合增长率高达54%。

从应用角度来看,目前TSV技术较广泛应用于图像传感器、指纹识别芯片等部分领域,未来真正的大市场在存储器与逻辑芯片的连接。TSV最早广泛应用于图像传感器领域,2015年也占到整体市场的30%,且主要以8寸晶圆为主。但随着3D技术在存储(NAND主要偏向于前端制造,DRAM主要偏向于后端封装)与SIP的发展,TSV真正较大的应用空间在存储与逻辑电路领域,尔必达、台湾UMC,力成已就TSV技术达成合作,台积电在20nm以下工艺节点规模导入TSV,因此近两年是TSV在存储于逻辑电路渗透期,预计2017年分别占20%与30%。

除了TSV技术本身,更重要的是以TSV为基础SIP技术带来的产业机会与结构性变化。SOC与SIP是既兼容又互相部分替代的关系,随着摩尔定律持续演进到1xnm以下,近年来SoC生产成本越来越高,频频遭遇技术障碍,造成SoC的发展面临瓶颈,而通过SIP先进封装技术达到低成本高集成成为了较好的解决方案,未来集成电路将在以制程微缩为代表的摩尔定律与应用驱动为代表的SIP技术共同驱动下发展。而由于SIP集成不同工艺、技术、材料的芯片、MEMS等于一个系统,模组厂的利润空间未来可能会向上游封测厂商转移,带来封测厂商新的机会,“TSV+SiP”的封装方案有望成为未来标配。

另一方面,以TSV为代表的中道技术也使得封测厂面临着新的挑战或者绑定晶圆厂新的机遇。由于先进封装要求在晶圆划片前融入封装工艺步骤,晶圆制造与封测前后道制程出现中道交叉区域,使得晶圆厂的技术布局逐渐向封测技术延伸,TSV就是其中重要技术,也包括晶圆研磨薄化、重布线(RDL)等,正如我们前期分析,以TSV为代表的中道技术使得晶圆厂可能向下游进入(如台积电的InFo技术),或者具有TSV技术的厂商与晶圆厂将产生更为紧密的合作关系。

硅通孔技术(Through Silicon Via, TSV)技术是一项高密度封装技术,正在逐渐取代目前工艺比较成熟的引线键合技术,被认为是第四代封装技术。TSV技术通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充,实现硅通孔的垂直电气互连。硅通孔技术可以通过垂直互连减小互联长度,减小信号延迟,降低电容/电感,实现芯片间的低功耗,高速通讯,增加宽带和实现器件集成的小型化。

基于TSV技术的3D封装主要有以下几个方面优势:

1)更好的电气互连性能,

2)更宽的带宽,

3)更高的互连密度,

4)更低的功耗,

5)更小的尺寸,

6)更轻的质量。

公司年报

2018年报

2017年报

2016年报

2015年报

2014年报

股东情况:

法人代表、董事长:肖胜利。还任A股上市公司天水华天科技股份有限公司董事长,集成电路产业技术创新战略联盟副理事长、国家集成电路封测产业链技术创新战略联盟副理事长、中国存储器产业联盟副理事长、西安交通大学微电 子学院理事长、甘肃省第十三届人大代表。

同时任天水华天电子集团股份有限公司董事长、华天科技(西安)有限公司董事长、天水华天集成电路包装材料有限公司董事长、天水华天机械有限公司董事长、天水华天传感器有限公司董事长、天水七四九电子有限公司公司董事 长、天水永红家园服务有限公司董事长、华天科技(昆山)电子有限公司董事长、天水市兴 业担保有限责任公司董事、甘肃微电子工程研究院有限公司董事长、西安华泰集成电路产业发展有限公司董事长、西安天启企业管理有限公司执行董事、上海纪元微科电子有限公司董 事长、FlipChipInternational, LLC董事、深圳市华天迈克光电子科技有限公司董事长、甘肃华天机电安装工程有限公司董事长、西安天利投资合伙企业(有限合伙)委派代表、昆山紫竹投资管理有限公司董事长、西安瑞泰房地产开发有限公司董事长、华天科技(宝鸡)有 限公司董事长、华天慧创科技(西安)有限公司董事长、华天科技(西安)投资控股有限公司董事长、华天科技(南京)有限公司董事长。

(来源:新鼎资本的财富号 2020-03-31 15:28) [点击查看原文]

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