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半导体行业知识专题五：先进封装关键技术——Hybrid Bonding 半导体行业知识专题六：半导体制造设备深度解析及国产化发展（万字长文） | 半导体行业知识专题八：哈工大光源突破意味着什么？光刻机的核心是什么？ |
先进封装深度报告——材料篇摘要：由于半导体行业体系庞大，理论知识繁杂，我们将通过多个期次和专题进行全面整理讲解。本专题主要从先进封装深度报告——材料篇进行讲解，让大家更准确和全面的认识半导体地整个行业体系。我们分为半导体知识、半导体“芯”闻几个模块，欢迎各位大佬交流学习 前面，我们讲了：先进封装深度报告——设备篇 随着AI应用场景不断拓展，中国大模型企业级市场呈爆发式增长。据FROST&SULLIVAN《2025中国GenAI市场洞察》数据显示，2025年上半年，我国 企业级大模型市场日均调用量已达10万亿tokens，较2024年下半年的2.2亿tokens实现约363%的增长，呈现出爆发式放量态势。这一跃升不仅意味 着市场需求的全面释放和持续攀升，也伴随着算力与存储等基础资源消耗的显著增加，更清晰地表明大模型正快速走出试点验证期，进入规模化落 地的新阶段。在算力需求的持续推动下，AI芯片市场规模与占比不断增长。根据TrendForce 的预计，从AI芯片在整个先进工艺中的产能占比来看 ，2022年的占比仅有2%，2024年预计将会达到4%，预计到2027年占比将会达到7%，其对整个晶圆代工产业的产值贡献正在快速增长。 （欢迎从事先进封装的相关人员入群交流） 为满足AI大模型对算力的极致需求，并突破传统芯片面临的“存储墙”、“面积墙”和“功耗墙”等瓶颈，先进封装通过高密度集成，成为提升芯 片性能的关键路径。先进封装主要通过Bump、RDL、TSV、混合键合等工艺及技术，实现电气延伸、提高单位体积性能，助力芯片集成度和效能的进 一步提升。 先进封装工艺的演进对设备提出更高要求，相较于传统封装，其核心差异体现在两大维度：一是传统封装设备持续升级，例如，为适应先进 封装更精密的结构需求，贴片机精度显著提升，划片技术从刀片切割转向激光加工，塑封工艺也向压塑演进等；二是新增前道制程设备，由 于倒装、RDL重布线层及TSV硅通孔等技术的引入，薄膜沉积、光刻、刻蚀等传统前道装备开始在封装环节应用。 2.1 封装基板：互连价值日益凸显，玻璃基板全新成长 互联需求与技术要求演进，封装形式多样化驱动基板需求分化 基板上承接芯片，实现芯片管脚的扇出布局并提供物理保护；下互连主板，在芯片与主板 之间起桥梁、互连与扩展作用。由于芯片布线密度高于PCB，二者无法直接互连，封装基板 作为“桥梁”的价值由此凸显。当前半导体封装形式在不断地拓宽和迭代中，不同封装方 式对基板的种类、规格要求各异，新兴封装技术对基板性能提出更高标准，推动基板制造 工艺向更复杂、更多元的方向演进，形成差异化的产品体系与技术路径。 分类维度多元，单块与单元基板技术演进路径分化 封装基板的分类维度丰富，涵盖导电层数(单面/双面/多层)、材料类型(陶瓷/有机)、耐折 性(刚性/挠性)、芯板结构(有芯/无芯)、表面处理方式(OSP/ENEPIG/电镀软金)等多个维度。 业界常用的分类方法是依据封装方式将基板划分为单块与单元两大类。其中，单块倒装芯 片封装基板技术能力大幅跃升，涌现出FCBGA基板内置硅桥(EMIB)、硅电容，以及多层布线 芯板、玻璃芯基板等创新方案；单元倒装芯片封装基板经历颠覆性变革，ETS工艺或aSAP工 艺逐步替代pSAP实现技术迭代，封装形式从FCCSP的叠层封装(PoP)演变为FOPLP或FOWLP， 技术创新活跃度较高；单元引线键合封装基板则保持相对稳健的发展态势，创新技术较少， 复杂功能需求逐步向单元倒装芯片封装技术转移。 先进封装驱动升级，玻璃芯基板开启技术代际跃迁 封装基板的结构与组成 面向2.5D、3D等先进封装技术需求，基板正朝着大尺寸、多层数、高密度方向加速演进，线路、孔径、微凸块间距持续缩 小，材料性能要求显著提升，包括更低的热膨胀系数、更高的玻璃化转变温度、更小的介电常数等。基于此，玻璃芯基板 被视为下一代FCBGA基板的战略方向，英特尔、Absolics、DNP、凸版、富士通等全球领先企业均已布局研发，目前整体处 于试制打样阶段。 2.2 PSPI：光敏特性简化工艺流程，多场景渗透彰显技术价值 光敏特性简化工艺，PSPI成为高密度互连关键材料 光敏聚酰亚胺(PSPI)是在传统聚酰亚胺基础上引入光敏基团改性的高分子材料，兼具聚酰亚胺的优良介电性能、机械强度、耐热性与光刻胶的感光特性。 因此，其无需涂覆光刻胶阻隔层，便可直接通过光刻工艺形成微米或亚微米级图案，相比传统PI+光刻胶组合减少2-3道工艺步骤，降低10%以上成本，提 升生产效率。当前，PSPI已成为RDL再布线层（Redistribution Layer）、再布线互连、绝缘介质层等关键环节的材料选择，在Fan-out、2.5D/3D封装、 HBM（高带宽存储）等高端芯片领域应用广泛，成为延续芯片性能提升的关键路径。 多场景深度渗透，适配HPC、存储、汽车等多元化封装需求 PSPI在先进封装中的应用场景呈现多元化特征，深度契合不同芯片类型的封装需求。在2.5D/3D 封装技术中，PSPI作为硅互连基板(Interposer)或硅通孔(TSV)的绝缘层与缓冲介质，填充微小 通孔并保护金属互连，有效降低因热膨胀不匹配导致的应力，确保互连可靠性。在Fan-Out封装 及扇出晶圆级封装(FOWLP)中，PSPI作为RDL绝缘介质与通孔保护层，实现芯片I/O焊盘的高密度 重分布，并支撑异构集成架构。PSPI适配多种高端芯片封装需求，应用于高性能计算、移动终 端、存储芯片、汽车电子等领域，多场景渗透彰显PSPI的技术适配性与市场价值。 国产替代加速突破，技术壁垒与规模化生产仍是核心挑战 PSPI技术壁垒较高，当前日美厂商垄断高端市场，头部企业包括日本东丽、美国HDM、日本富士 胶片、日本旭化成等 ，主要供应28nm以下制程产品，国内进口依赖度较高。值得注意的是，正 性低温固化光敏聚酰亚胺(p-PSPI)在集成电路封装中应用成熟，已成为先进封装领域关键材料， 国内企业正通过提升单体合成技术、优化光敏剂配方、改进主链结构等方法推进低温固化型 PSPI国产化进程。随着先进封装对高密度集成及Chiplet模块化异构集成需求升级，进一步提升 PSPI的分辨率、灵敏度及热稳定性成为材料应用核心。 根据光化学反应机理不同，PSPI可以分为正型和负型，正型PSPI的紫外辐照区域在显影剂中溶解， 一般采用碱性水溶液作为显影剂；负型PSPI多数使用有机溶剂显影，紫外辐照区域在显影剂中不溶 解。负型PSPI具有灵敏度高、对硅片黏附性好、制备成本低等优点，且在曝光、显影等环节发生的 副反应更少，过程更易控制，可在不同环境下应用并适用于不同制程，此外，在倒装芯片的晶圆凸 点、金凸点制作领域，通常需要更厚的光阻层，而负型PSPI更容易制备厚膜。正型PSPI具备更好 的精度，而且由于光敏机制的特殊性，可以通过多次曝光的方式进一步提高分辨率。 2.3 CMP材料：CMP步骤随制程缩小增加，抛光液抛光垫需求同步扩张 化学机械协同作用，实现纳米级平坦化精度 晶圆经过刻蚀、离子注入等工艺后，表面会变得凹凸不平并产生多余物质，需要通过CMP 工艺进行平坦化处理。与传统的纯机械或纯化学抛光方法不同，CMP工艺通过表面化学作 用和机械研磨相结合，实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，达到纳米级的高度平 坦化效果。根据不同工艺制程和技术节点要求，每片晶圆在生产过程中需经历多道CMP抛 光工艺步骤。随着芯片制程缩小，芯片内部结构日益复杂，对晶圆表面平坦度要求持续提 高，逻辑和存储芯片制程升级使得光刻、刻蚀次数增加，不仅推动CMP工艺步骤增加，也 对抛光液配方设计、抛光垫微孔结构优化等提出差异化技术需求。 抛光液与抛光垫占据成本核心，配方设计决定性能边界 产品 硅抛光液 抛光液应用领域情况 应用领域 用于单晶硅/多晶硅的抛光，主要用于硅晶圆初步加工 铜及铜阻挡层抛光液 芯片中铜及阻挡层的去除和平坦化，生产逻辑、存储 钨抛光液 钴抛光液 浅槽隔离层(STI)抛光液 芯片需大量使用 芯片中钨塞和钨通孔的平坦化。生产存储芯片需大量 使用，逻辑芯片只用于部分工艺 用于10nm节点以下芯片中钴的去除和平坦 层间介质层(TDL)抛光液 用于集成电路制造工艺中层间电介质和金属间电介质 的去除和平坦化 用于集成电路制造工艺中浅槽隔离的抛光。 TSV抛光液 • CMP材料体系包括抛光液、抛光垫、调节剂、清洗剂等，其中抛光液和抛光垫占据成本主要部分，是CMP工艺的 核心材料。抛光液成分复杂，由氧化剂、磨粒、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂、pH调节剂等按特定比例配置而 成，每种组分发挥独特功效。其中，氧化剂用于形成氧化膜，磨粒去除氧化膜，络合剂和表面活性剂促进化学 反应，缓蚀剂形成保护膜防止过度腐蚀，pH调节剂控制理想酸碱度。根据应用领域，抛光液可分为硅抛光液、 铜及铜阻挡层抛光液、钨抛光液、钴抛光液、介质层抛光液等。 • 抛光垫根据材质分为聚氨酯、无纺布、黑色阻尼布等类型，聚氨酯和无纺布抛光垫具备优异去除率和耐磨性， 黑色阻尼布可实现高平坦化超精密抛光。随着先进半导体工艺的普及，市场对高性能CMP抛光垫的需求不断增加。 例如，3D NAND要求更精细的抛光垫以确保每一层的平整度，FinFET要求抛光垫同时兼具更高的精度和稳定性。 2.4 电镀液：互连层数增加驱动需求，国产突破迎来破局良机 制程演进驱动需求扩容，电镀液市场增长动能强劲 电镀工艺在芯片前道制造与后道封装环节均有广泛应用，电镀液作为核心材料贯穿整个产业链条。在前端制造阶段，电镀工艺通过将电镀液中的金属 离子沉积至晶圆表面，形成金属互连层结构；在后端封装阶段，电镀则应用于三维硅通孔(TSV)、重布线层(RDL)、凸块(Bump)等关键工艺的金属化薄 膜沉积过程。 • 电镀液由主盐、导电剂、络合剂及多种添加剂复配而成，其中添加剂为配方的重要组分。按照化学性质，其可被分为酸性与碱性两大类：酸性镀液主 要应用于铜、镍、锡等金属；碱性镀液则常用于铬、锌、铝等金属。在铜互连电镀中，加速剂、抑制剂与整平剂三类添加剂协同作用，通过精确调控 不同组分间的相互作用，实现自下而上的填充效果，并优化镀层晶粒结构、外观及平整度。先进逻辑器件节点演进带来互连层数量增加 ，先进封装对 RDL和铜柱结构应用的扩大，以及铜互连技术在半导体器件中的广泛运用，将共同推动电镀液及添加剂市场规模的增长。 国产突破持续深化，电镀液自主化迎来破局良机 当前，本土电镀液企业正加速打破海外技术壁垒。尽管铜互连电镀基础镀液及添 加剂供应长期由美、德、法等国主导，美国麦德美乐思占据全球约80%市场份额， 14nm以下的高纯硫酸铜、7nm以下的硫酸钴电镀基液与添加剂仍依赖进口，但国内 企业已在关键领域实现突破。以上海新阳、创智芯联、艾森半导体等为代表的内 资企业竞争力显著增强，国内半导体电镀液研发与量产能力快速提升，国产化替 代进程明显加速。例如，上海新阳成功开发出芯片铜互连电子电镀专用化学品， 其超纯镀液产品已覆盖14nm技术节点，标志着本土企业在中高端市场取得实质性 进展。随着本土企业技术积累不断深化、产业链协同逐步完善，我国电镀液产业 有望在先进封装领域实现更大范围的自主可控，行业发展前景积极向好。 2.5 临时键合胶：可逆粘接保障超薄晶圆，旋转涂敷成为主流选择 可逆粘接机制保障超薄晶圆安全，高分子体系决定性能边界 临时键合胶是连接功能晶圆与临时载板的中间层材料，在晶圆减薄工艺中发挥关键作用。 这种材料能够在加工过程中将晶圆、玻璃、柔性基板等暂时粘合固定，待完成切割、减 薄、镀膜等工序后，再通过加热、激光照射或化学溶剂等方式实现无损分离。临时键合 胶通过在基础黏料(如热塑性树脂、热固性树脂、光刻胶等)中加入增黏剂、抗氧剂、流 平剂等助剂混合配比形成，通过调节助剂含量和配方可优化特定材料参数。该材料需具 备高热稳定性和化学稳定性、高黏接强度、机械稳定性、优异的均一性及操作性等关键 性能。临时键合胶已成为4-12英寸超薄晶圆加工拿持以及Fan-in、Fan-out、2.5D、3D 等先进封装技术的核心支撑材料 ，在服务器CPU、GPU、IGBT、MEMS、光通信等芯片及器 件领域得到广泛应用。 三种形态各具优势，旋转涂敷成主流选择 临时键合胶可按照物理形态分为蜡状物、复合胶带和旋转涂敷黏合剂三种类型。蜡状物 黏合剂是较早应用的临时键合材料，使用温度较低，但其解键合和清洗过程溶剂用量大 且更换频繁，导致生产效率低、成本高，未能被大规模使用。复合胶带黏合剂通常为双 层或三层结构，热释放层与晶圆结合，黏结层与刚性载板表面结合，加热后可解键合， 工艺简单且解键合后几乎无残留，在超薄晶圆加工中得到普遍应用。旋转涂敷黏合剂是 目前最常用的类型，液态材料通过旋转涂敷方法在物体表面形成涂层，具有加工速度快、 温度调节范围大、适用材料广泛的优势。 2.6 环氧塑封料：液态塑封适配先进工艺，MR-MUF助力HBM突破 液态环氧塑封料应运而生，适配先进封装新需求 环氧塑封料是集成电路封装的重要材料，以环氧树脂为基体、酚醛树脂为固化剂、硅微粉等为填料复配而成，承担着芯片保护壳的功能，提供应力缓冲、 防潮防腐、散热绝缘等复合功能。随着扇出型晶圆级封装(FOWLP)等先进工艺的发展，传统固态EMC在大面积成型、薄型化封装中面临流动性不足、翘曲 控制难等挑战。液态环氧塑封料(LEMC)应运而生，通过采用低粘度液态环氧树脂、酸酐类固化剂等组分，实现了可低温固化、低翘曲、无粉尘等关键特 性。另外，相比固态EMC，LEMC在成型温度下具有更优的流动性，保障了晶圆尺寸模具中树脂的均匀流动，使大面积批量成型成为可能，尤其适用于 FOWLP技术。 • 硅微粉作为LEMC的核心填料，其粒径大小、粒度分布、表面处理会影响材料的工艺性能。日本Nagase ChemteX株式会社的研究表明，随着填料含量增加 和粒径减小，LEMC粘度会相应上升，当粘度过高时将无法保持液态状态。但是，通过使用偶联剂对填料表面进行处理，可有效降低LEMC粘度，保持其良 好的流动性。通过填料工程化设计与树脂配方的协同优化，可以实现从标准封装到高端应用的差异化产品布局，满足先进封装技术的多样化需求。 MR-MUF工艺助力HBM技术突破，LEMC实现窄间距填充 高带宽存储器(HBM)作为AI算力提升的关键技术，其芯片堆叠封装对材料 提出了极致要求。SK海力士开发的大规模回流成型底部填充(MR-MUF)技术 采用液态LEMC一次性完成芯片堆叠间的填充与固化。相比热压键合非导电 膜(TC-NCF)工艺，MR-MUF工艺效率更高、散热性能更优。该技术的核心在 于LEMC能够在保持良好流动性的同时，实现窄间距狭缝的有效填充，并通 过降低热膨胀系数来控制封装体翘曲。MR-MUF工艺已在HBM3产品中得到应用，技术成熟度获得了批量生产验证，为高性能存储芯片的发展提供了重要材料支撑。 资料来源：深芯盟产业研究部，半导体产业研究，平安证券研究 ———————————————————— 请联系商务号：13162076710 (微信：jqk-you) 免责声明：1、我们尊重知识产权，本公众号图文、数据、视频等内容有援引网络或其他公开资料，版权归属原作者、原发表出处。若版权所有方对本公众号的引用持有异议，敬请文末留言或私信我们，我们保证及时予以处理。2、本公众号提供的内容仅供读者交流学习和参考，不涉及商业目的。3、本公众号内容仅代表作者观点，我们不对内容的准确性、可靠性或完整性承担明示或暗示的保证。读者读后做出的任何决定或行为，是基于自主意愿和独立判断做出的，请读者明确相关结果。
