Materiales de embalaje avanzados | Compuesto de moldeo epoxi (EMC): materiales clave para envases electrónicos
01 Descripción general
El compuesto de moldeo epoxi (EMC) es un material químico termoestable utilizado para el embalaje de semiconductores. Es un compuesto de moldeo en polvo hecho de resina epoxi como resina base, resina fenólica de alto rendimiento como agente de curado, rellenos como el microposwder de silicio y una variedad de aditivos.
Los compuestos de moldeo epoxi se utilizan principalmente para el embalaje y la protección de componentes electrónicos, como circuitos integrados, dispositivos de semiconductores, chips LED, módulos de potencia, transformadores electrónicos, sensores, etc. Sus excelentes propiedades eléctricas, propiedades mecánicas y resistencia química pueden hacer que los componentes de un buen aislamiento, la resistencia, la resistencia de la corosión y la resistencia a la mecánica, la resistencia efectiva, la resistencia a la eficacia, la resistencia efectiva y la resistencia a la mecánica, y la resistencia a la mecánica, y la resistencia a la mecánica, y la resistencia a la mecánica, y la resistencia a la mecánica, y la resistencia a la mecánica, y la resistencia a la mecánica. confiabilidad y vida útil de componentes electrónicos. Actualmente, más del 95% de los componentes electrónicos están encapsulados con compuestos de moldeo epoxi.
Los datos muestran que en 2023, el tamaño del mercado de la industria compuesta de moldeo epoxi de semiconductores de China alcanzará los 6.242 mil millones de yuanes, un aumento interanual del 15.36%. Con la mejora continua del nivel de proceso de fabricación de envases de semiconductores nacionales y el rápido desarrollo de la escala de aplicación posterior, se espera que el tamaño del mercado del compuesto de moldeo por epoxi de semiconductores mantenga una alta tasa de crecimiento.
02 Tipos de compuestos de moldeo epoxi
De acuerdo con diferentes formas, los compuestos de moldeo epoxi se pueden dividir en compuestos de moldeo epoxi en forma de pastel, compuestos de moldeo epoxi en forma de láminas, compuestos de moldeo epoxi granular (GMC) y compuestos de moldeo epoxi líquido (LMC).
Forma de panqueque:Esta forma de compuesto de moldeo epoxi a menudo se usa en los procesos de empaque tradicionales para encapsular chips a través de la tecnología de moldeo de transferencia.
Hoja:Esta forma de compuesto de moldeo epoxi es adecuada para ciertos requisitos de empaque específicos.
Granular:GMC se refiere al material de moldeo de epoxi granular. El material de moldeo de epoxi granular adopta el método de propagación de polvo uniforme en el proceso de moldeo. Después de precalentar, se convierte en líquido. El tablero de operadores con el chip está sumergido en la resina para formarse. Tiene las ventajas de operación simple, horas de trabajo cortas y bajo costo. Se utiliza principalmente en algunos procesos de embalaje específicos, incluidos los embalajes a nivel de sistema (SIP) y el embalaje a nivel de oblea (FOWLP). GMC tiene las ventajas de operación simple, horas de trabajo cortas y bajo costo.
Líquido:El compuesto de moldeo líquido también se llama material de relleno o encapsulación, que a menudo se usa para llenar y encapsular la parte inferior del chip. El compuesto de moldeo por epoxi líquido también se llama compuesto de moldeo epoxi líquido, que tiene las ventajas de alta confiabilidad, curado de temperatura media y baja, baja absorción de agua y baja deformación. Se utiliza principalmente en el proceso de embalaje HBM.
De acuerdo con los diferentes formularios de envasado, EMC se puede dividir en dos categorías: compuestos de moldeo epoxi para dispositivos discretos y compuestos de moldeo epoxi para circuitos integrados. Algunos compuestos de moldeo epoxi se pueden usar para encapsular tanto dispositivos discretos como circuitos integrados a pequeña escala, y no hay un límite claro entre ellos.
El proceso de fabricación de diferentes compuestos de moldeo epoxi es básicamente el mismo. Solo los compuestos de moldeo epoxi para el moldeo por compresión no necesitan ser preformados y biscuidos, pero necesitan controlar el tamaño de partícula de las partículas trituradas. Los usuarios pueden usar directamente materiales granulares para el embalaje. El proceso de fabricación incluye pretratamiento de materia prima, pesaje, mezcla, mezcla y reacción de reticulación, calentamiento, enfriamiento, trituración, preformación (algunos productos no lo necesitan) y otros enlaces.
El método de moldeo de transferencia generalmente se usa para encapsular componentes electrónicos utilizando compuestos de moldeo epoxi. Este método aprieta el compuesto de moldeo epoxi en la cavidad del moho, incrusta el chip de semiconductores y lo entrega y lo cura para formar un dispositivo semiconductor con una cierta apariencia estructural. El mecanismo de curado es que la resina epoxi sufre una reacción de reticulación con el endurecedor en condiciones de calentamiento y catalizador para formar un compuesto con una cierta estructura estable.
03 Historia de desarrollo de compuestos de moldeo epoxi
El compuesto de moldeo epoxi de EMC tiene las características típicas de "envasado de una generación, material de una generación". Con el desarrollo continuo de la tecnología de envasado, los requisitos de rendimiento de EMC también cambian constantemente.
La primera etapa es/inmersión en el embalaje: centrarse en el rendimiento térmico/eléctrico de los materiales EMC. Hoy en día, las marcas extranjeras se han retirado básicamente de la tecnología DIP con bajas barreras técnicas; Pero en la tecnología, las marcas de productos nacionales y extranjeros son comparables.
La segunda etapa empaquetado SOT/SOP: concéntrese en la confiabilidad y el moldeo continuo de los materiales EMC. En aplicaciones de gama baja, los productos nacionales básicamente pueden lograr la sustitución, pero en segmentos de alta gama, como los productos extranjeros de alto voltaje, están significativamente por delante.
La tercera etapa de envasado QFN/BGA: centrarse en la deformación de EMC, la porosidad, etc. Los productos extranjeros están en una posición de monopolio y solo se venden cantidades muy pequeñas a nivel nacional.
La cuarta etapa de la tecnología de envasado avanzado: se presentan requisitos de mayor calidad para todo el rendimiento de los materiales EMC. La tasa de localización es cero, y las empresas nacionales están acelerando para ponerse al día con la brecha tecnológica.
04 Puntos técnicos del compuesto de moldeo epoxi
Fiabilidad: los compuestos de moldeo epoxi deben pasar una serie de pruebas estándar para garantizar su rendimiento confiable. Los elementos de evaluación comunes incluyen: prueba de nivel de sensibilidad de humedad (JEDEC MSL), prueba de ciclo de temperatura alta y baja (TCT), prueba de calor y humedad fuertemente aceleradas (HAST), prueba de cocción a alta presión (PCT), prueba de alta temperatura y alta humedad (THT) y prueba de almacenamiento de alta temperatura (HTST).
A medida que aumenta el nivel de envasado, las pruebas estándar que deben pasar los materiales de empaque son más numerosas y más difíciles; Tomando la prueba JEDEC MSL como ejemplo, los productos básicos no requieren esta prueba, los productos de alto rendimiento deben pasar al menos JEDEC MSL 3, y los productos de embalaje avanzados deben pasar JEDEC MSL1.
Adhesión: el llenado del compuesto de moldeo epoxi debe garantizar la delaminación cero, es decir, no hay defectos como los poros en el interior. Los requisitos de adhesión del compuesto de moldeo epoxi están relacionados con el tipo de metal de superficie y el tipo de sustrato/marco.
Estrés y Warpage: el estrés y la deformación juegan un papel clave en la morfología de la superficie y el rendimiento final del producto. Debido a los diferentes coeficientes de expansión de los materiales de EMC y los materiales de sustrato, se formará estrés interno durante el proceso, lo que conducirá a la deformación.
Desmoldeo continuo: para garantizar la eficiencia de producción y los costos de producción, los fabricantes de envases establecerán un límite inferior en el número de tiempos de desmoldado continuo. Las características continuas de desmoldado están relacionadas con el tipo de resina, el tamaño de partícula de relleno y el tipo de agente de liberación y el contenido.
05 Aplicación de compuestos de moldeo epoxi en envases avanzados
El flujo aguas arriba de la cadena de la industria del compuesto de moldeo epoxi incluye resina epoxi, resina fenólica de alto rendimiento, polvo de silicio, aditivos, etc. Entre ellos, el polvo de silicio ocupa la mayor parte, que representa el 60%-90%, que es el material principal del compuesto de moldeo epoxy y afecta directamente la mejora del rendimiento del moldeo epoxídico compuesto. El segundo es la resina epoxi, que ocupa alrededor del 10% de la participación. La corriente media de la cadena de la industria es el fabricante de compuestos de moldeo epoxi; La corriente posterior de la cadena de la industria se encuentra los campos de la electrónica de consumo, los fotovoltaicos, la electrónica automotriz, las aplicaciones industriales, etc.
El crecimiento continuo de mercados como la inteligencia artificial, 5G, la informática de alto rendimiento y el Internet de las cosas han promovido el desarrollo de procesos avanzados y envases avanzados. La alta demanda continua de bajo consumo de energía, un mayor almacenamiento de datos y velocidades de transmisión más rápidas ha impulsado a los proveedores de memoria clave para proporcionar soluciones de embalaje avanzadas, como paquetes de múltiples chips basados en la memoria flash universal, los paquetes de múltiples chips basados en NAND y la memoria de alto nivel para aplicaciones de alta gama. La característica principal de estos paquetes avanzados es el apilamiento vertical o escalonado de múltiples chips, en el que los compuestos de moldeo epoxi son cruciales.
HBM presenta los requisitos de disipación de dispersión y calor para EMC
HBM (memoria de alto ancho de banda), memoria de alto ancho de banda. Es un tipo de DRAM diseñado para aplicaciones intensivas en datos que requieren un rendimiento extremadamente alto. A menudo se usa en campos que requieren un alto ancho de banda de memoria, como computación de alto rendimiento, conmutación de red y equipos de reenvío.
HBM utiliza la tecnología SIP y TSV para apilar varios troqueles DRAM verticalmente como pisos, lo que hace que la altura del paquete de plástico sea significativamente más alta que la de un solo chip tradicional. La altura más alta requiere que el material de envasado de plástico periférico tenga suficiente dispersión, por lo que el EMC debe cambiarse desde el pastel de moldeo de inyección tradicional al material de moldeo epoxi granular granular en polvo (GMC) y el material de moldeo epoxi líquido (LMC). GMC representa hasta un 40% -50% en HBM. Para los fabricantes de EMC, dicha actualización requiere tener en cuenta tanto la dispersión como el aislamiento en la formulación, lo que dificulta la formulación.
Los compuestos de moldeo epoxi se pueden formular de acuerdo con diferentes necesidades. En general, las aplicaciones automotrices requieren un paquete más robusto, y EMC con un mayor contenido de relleno se utilizará para mejorar su dureza. Sin embargo, el módulo flexible aumentará en consecuencia, lo que dará como resultado una disminución en la capacidad de deformación del paquete general. Los dispositivos portátiles requieren un margen de flexión/cepa de paquete más grande debido a las condiciones de uso del usuario. Por lo tanto, se utilizarán compuestos de moldeo epoxi con un contenido de relleno ligeramente más bajo (menos del 80%).
06 El estado actual y las tendencias futuras de los compuestos de moldeo epoxi
En los últimos años, la industria de materiales de empaque de semiconductores de China ha realizado grandes avances en algunas áreas, pero todavía hay una cierta brecha entre los fabricantes generales y extranjeros. En la actualidad, los fabricantes japoneses y estadounidenses aún ocupan una gran parte de los productos de mediana a alta gama, mientras que los fabricantes chinos aún se centran principalmente en satisfacer la demanda interna en China, con un pequeño volumen de exportación, y la mayoría de ellos todavía se concentran en el campo de los compuestos de moldeo epoxi para dispositivos discretos y envases de circuito integrado a escala pequeña. Los productos compuestos nacionales de moldeo epoxi se utilizan principalmente en la electrónica de consumo, que ocupan principalmente el mercado de mediana a baja, con una cuota de mercado de aproximadamente 35%, mientras que los productos compuestos de moldeo epoxi de alta gama están básicamente monopolizados por productos japoneses y estadounidenses.
Con el avance de los procesos de fabricación de semiconductores y el desarrollo adicional de los chips hacia una alta integración y multifuncionalidad, los fabricantes de compuestos de moldeo epoxi deben desarrollar y optimizar las fórmulas y los procesos de producción de una manera específica de acuerdo con las necesidades personalizadas de los clientes aguas abajo, para responder de manera flexible y efectiva a las generaciones sucesivas de las tecnologías de envases. Debido a las características de alta integración, multifuncionalidad y alta complejidad de envasado avanzado, los fabricantes de compuestos de moldeo deben hacer un equilibrio más complejo entre varios indicadores de rendimiento en el desarrollo de fórmulas para productos de envasado avanzado, y las dificultades de complejidad y desarrollo de las fórmulas de productos son particularmente altas; Al mismo tiempo, los compuestos de moldeo epoxi utilizados en FOWLP/FOPLP deben presentarse en forma granular, lo que requiere que los fabricantes combinen de manera más efectiva las fórmulas y las tecnologías de procesos de producción, para que el rendimiento del producto pueda igualar los procesos de envasado posteriores, el diseño de los embalajes y la confiabilidad de los paquetes, etc., y los requisitos más altos se colocan en el rendimiento del producto.
07 Análisis del panorama de la competencia de los principales mercados globales
El compuesto de moldeo epoxi se originó en los Estados Unidos a mediados de la década de 1960, y luego se desarrolló en Japón, y siempre ha ocupado una alta posición en tecnología. Sumitomo Bakelite es el principal fabricante mundial en el campo del compuesto de moldeo epoxi, que ocupa el 40% de la cuota de mercado global. Como el lugar de nacimiento del compuesto de moldeo por semiconductores, Estados Unidos rara vez produce un compuesto de moldeo epoxi, mientras que Japón, China y Corea del Sur son los tres mayores productores del compuesto de moldeo epoxi de semiconductores del mundo.
Empresas extranjeras como Sumitomo, Hitachi, Panasonic, Kyocera y Samsung tienen una cuota de mercado de más del 90% en China y casi monopolizan el mercado de alta gama; Los materiales de encapsulación epoxi de China comenzaron temprano, y Huahai Chengke ya ha sido enumerado, pero los materiales domésticos todavía se concentran en los mercados de envases y pruebas de gama media y baja como TO/SOP/SOT. Beneficiándose del rápido crecimiento de la demanda de componentes electrónicos para vehículos eléctricos y centros de datos, como un material indispensable para el envasado de semiconductores, se espera que el tamaño del mercado de los materiales de encapsulación epoxi continúe creciendo.
Sumitomo bakelita
Sumitomo Bakelite es una empresa de la industria química con sede en Tokio, Japón, fundada en 1913. La compañía se dedica principalmente a la investigación y el desarrollo, la producción y las ventas en los campos de plásticos, materiales electrónicos, materiales químicos, etc. El negocio de moldeo de epoxy de Sumitomo Bakelita actualmente tiene una participación en el mercado global de aproximadamente 40%, clasificando primero en el mundo. El negocio actual se divide en tres sectores: materiales semiconductores, plásticos de alto rendimiento y productos de calidad de vida. Entre ellos, los ingresos del sector de materiales semiconductores provienen principalmente del negocio compuesto de moldeo epoxi. Los ingresos de este sector representaron solo alrededor del 29% en el año fiscal que finalizó en marzo de 2024, pero el beneficio operativo representaron el 52%, que es el sector con el margen de beneficio operativo más alto de Sumitomo Bakelite.
El negocio compuesto de moldeo epoxi de Sumitomo Bakelite se divide en tres partes de acuerdo con los campos de aplicación aguas abajo: comunicación de la información, automóviles y otros campos, con ingresos que representan aproximadamente el 50%, 30% y 20% respectivamente. Por lo tanto, el negocio compuesto de moldeo epoxi de Sumitomo Bakelite todavía depende de la electrónica de consumo.
Resonac (fusión de Showa Denko y Hitachi Chemical)
Japón Resonac es una nueva compañía formada por la fusión de Showa Denko Group y Showa Denko Materials Group (anteriormente Hitachi Chemical Group) en enero de 2023. Las principales empresas de la compañía incluyen materiales semiconductores, transporte móvil (piezas automotrices/materiales de batería de iones de litio), materiales innovadores, así como materiales primeros y ciencias de la vida. Desde la perspectiva de las áreas de aplicación aguas abajo, el negocio de moldeo epoxi de Resonac se puede dividir en cinco partes, a saber, electrodomésticos, automóviles, teléfonos inteligentes, PC y servidores, así como en otros campos. La participación de ingresos de estos cinco negocios es de aproximadamente 35%, 20%, 15%, 15%y 15%. Los compuestos de moldeo epoxi de gama baja y media para electrodomésticos representan una gran proporción de los ingresos comerciales de la compañía.
Changchun Selling Plastics (Changshu) Co., Ltd.
El 19 de mayo de 2003 se estableció Changchun Selling Plastics (Changshu) Co., Ltd. Changchun Group es la segunda empresa petroquímica más grande de Taiwán, con cientos de productos, que incluyen productos químicos generales, resinas sintéticas, plásticos termosetizantes y plásticos de ingeniería de alto rendimiento, materiales electrónicos, productos químicos semiconductores, etc.
Jiangsu Huahai Chengke New Materials Co., Ltd.
Huahai Chengke se fundó en 2010 y figura en la Junta de Innovación de Ciencia e Tecnología de la Bolsa de Valores de Shanghai en abril de 2023. La compañía se enfoca en la investigación y el desarrollo y la industrialización de los materiales de envasado de semiconductores. Sus principales productos son compuestos de moldeo epoxi y adhesivos electrónicos, que se utilizan ampliamente en electrónica de consumo, fotovoltaicos, electrónica automotriz, aplicaciones industriales, Internet de las cosas y otros campos.
Confiando en su sistema de tecnología central, la compañía ha formado un diseño integral del producto que puede cubrir los campos del embalaje tradicional y el empaque avanzado, y ha creado un sistema de productos integral que se puede aplicar a los envases tradicionales (incluido DIP,, SOT, SOP, etc.) y empaques avanzados (QFN/BGA, SIP, FC, FOWLP, etc.). Centrándose en la demanda sin hierro de envases avanzados como BGA, módulo de huellas digitales, ventilador, etc., la compañía está desarrollando aún más la tecnología de línea de producción sin hierro; En respuesta a la creciente demanda de compuestos de moldeo epoxi de grado automotriz, se están desarrollando productos compuestos de moldeo epoxi sin azufre; e inversión continua en investigación y desarrollo de compuestos granulares (GMC) y de moldeo líquido (LMC) que pueden usarse en el campo HBM. Durante el período de informe 24H1, la compañía conquistó la tecnología de unión sin azufre de los compuestos de moldeo epoxi, y agregó una nueva patente de invención para la composición y uso de resina epoxi sin azufre y el uso adecuado para el empaque de semiconductores, que proporciona protección para la tecnología central y los derechos de propiedad intelectual de la compañía de los materiales de envasado avanzado sin azufre. El 11 de noviembre de 2024, Huahai Chengke emitió un anuncio de que tiene la intención de comprar el 100% del capital de Hengsuo Huawei Electronics Co., Ltd.
Jiangsu Zhongke Chemical New Materials Co., Ltd.
Fundada en 2011, la compañía es una empresa nacional de alta tecnología especializada en la investigación y el desarrollo, producción y ventas de materiales de empaque de semiconductores. Tiene una capacidad de producción anual de más de 10,000 toneladas de materiales de empaque de semiconductores, centrándose en el desarrollo de compuestos de moldeo epoxi en campos de aplicaciones, como el empaquetado avanzado de circuitos integrados a gran escala y semiconductores de tercera generación. Desde el punto de vista del producto, la tecnología compuesta de moldeo epoxi de la compañía se hereda de Beijing Kehua y está respaldada por el Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China. Los productos de la compañía se utilizan principalmente en el embalaje de semiconductores y el embalaje a nivel de la junta, que cubre semiconductores de tercera generación aguas abajo, ICS, regulaciones automotrices, regulaciones industriales y otras aplicaciones. Los clientes aguas abajo incluyen la tecnología Huatian, la microelectrónica de Tongfu, la tecnología Changdian, la microelectrónica de recursos de China, el Grupo Riyuexin y otras compañías líderes de envases nacionales y extranjeros.
En diciembre de 2024, el EMC granular (GMC) para el envasado WLCSP/FOPLP se ha puesto en producción en masa, Liquid EMC (LMC) para el envasado WLP está en la etapa de I + D y verificación, y EMC de hoja (SMC) para el empaque hueco, como Saw, en la etapa de R&D y verificación. En julio de 2024, la Compañía se registró para la orientación de OPI con la Oficina de Regulatorios de Valores Jiangsu y está a punto de lanzar una OPI.
Shanghai Feikai Material Technology Co., Ltd.
Feikai Materials se fundó en 2002. Sus compuestos de moldeo epoxi se utilizan principalmente en dispositivos discretos de potencia, montaje en superficie de circuito integrado y productos de empaque de sustrato. Los compuestos de moldeo epoxi de envasado de mediana a alta gama se transforman gradualmente de los productos tradicionales de Surface IC SOP/SSOP, DFN y QFP para empaquetar el sustrato avanzado BGA y MUF. Tiene las características de baja deformación, baja absorción de agua y alta confiabilidad. Puede pasar el alto nivel de MSL y es EMC ecológico que no contiene bromo, antimonio, etc. En junio de 2024, declaró: los productos de materiales MUF de la compañía incluyen materiales de envasado líquido LMC y materiales de envasado granular GMC. El material de envasado líquido LMC ha sido producido en masa y vendido en pequeñas cantidades, y el material de envasado de llenado granular GMC todavía está en la etapa de entrega de muestras de investigación y desarrollo.
Wuxi Chuangda New Materials Co., Ltd.
La compañía fue fundada en 2003. Su principal negocio es la investigación y el desarrollo, la producción y las ventas de materiales de envasado termosetizante de alto rendimiento. Sus principales productos incluyen compuestos de moldeo epoxi, compuestos de moldeo fenólico, caucho de silicona, pegamento plateado conductor, compuestos de moldeo de poliéster insaturados y otros materiales de envasado con termoestacio, que se utilizan ampliamente en el embalaje en campos semiconductores y automotrices.
Tianjin Kaihua Insulation Materials Co., Ltd.
La compañía se estableció el 19 de junio de 2000. Es una de las primeras compañías nacionales que producen materiales de envasado electrónico, con una capacidad de producción anual de más de 4,000 toneladas y un valor de producción anual de 100 millones de yuanes. Es una empresa de alta tecnología que se dedica principalmente al desarrollo, investigación, producción y ventas de materiales electrónicos de encapsulación de polvo epoxi y materiales de encapsulación de plástico epoxi. En agosto de 2024, el proyecto de recaudación de fondos de la compañía agregó 3.000 toneladas de capacidad de producción de material de encapsulación de polvo epoxi y 2,000 toneladas de capacidad de producción de material de encapsulación plástica epoxi. Se espera que con la expansión de las áreas de aplicación, la capacidad del mercado continúe aumentando.
Jiangsu Zhongpeng New Materials Co., Ltd.
La compañía se estableció en 2006 y su predecesor fue Jiangsu Zhongpeng Electronics Co., Ltd. Es un fabricante especializado en la producción de productos compuestos de moldeo epoxídico para envases de dispositivos semiconductores.
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