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超越摩尔器件或将破局主流键合和光刻技术的应用

导读: 由5G无线技术、电动汽车和先进移动设备等应用驱动的超越摩尔器件,将推动光刻技术、永久键合以及临时键合和解键合设备市场增长。

由5G无线技术、电动汽车和先进移动设备等应用驱动的超越摩尔器件,将推动光刻技术、永久键合以及临时键合和解键合设备市场增长。

大势所趋,超越摩尔器件或将破局主流键合和光刻技术的应用

据麦姆斯咨询介绍,5G无线技术、电动汽车和先进移动设备等大趋势应用需要小型化和多功能的半导体器件。因此,制造下一代超越摩尔(More than Moore, MtM)器件需要具有新技术规格的制造设备。这些与遵从摩尔定律的主流半导体行业设备在分辨率、套刻精度、焦深(DOF)、晶圆弯曲度和背面对准等方面有很大不同。

MEMS、传感器和功率器件具有更宽松的技术指标,因此光刻机台能够以更低的成本实现。然而,上述大趋势应用正在推动具有更严格要求的器件,光刻特征尺寸低于1um。这将推动步进式光刻机的更广泛应用。

超越摩尔器件推动了晶圆间(W2W)键合,目前由基于熔融键合的CMOS图像传感器(CIS)驱动,可实现相位差自动对焦(PDAF)以及更快的拍摄功能。不过,W2W工艺的增长将主要由无TSV(硅通孔)的集成混合键合来引领发展。

这些工艺可用于新的消费类CIS方案,如全局快门和飞行时间(ToF)技术,以及汽车行业的高级驾驶辅助系统(ADAS)。展望未来,3D NAND存储器和片上3D系统(SoC)等新兴主流产品,预计将在未来几年内重塑W2W业务。它们将取代芯片到晶圆(D2W)和引线键合,以最大化存储器单元的数量和良率,并解决堆叠层的限制问题。

我们原本预计W2W会因为3D DRAM堆叠存储器而提前上量。然而实际上,目前的成本和技术问题,限制了W2W对D2W组装方案的替代。

超越摩尔器件或将破局主流键合和光刻技术的应用

关键设备技术应用路线图

超越摩尔产业的制造复杂性,为键合和光刻设备市场带来了新商机

整个半导体设备市场规模已达数十亿美元。相比之下,超越摩尔产业的永久键合、临时键合和解键合以及光刻设备市场还仅是百万美元级别的小利基市场。

不过,大趋势应用市场将超越摩尔器件的复杂度推向了新高度,从而带来了巨额投资。在此背景下,这些工艺步骤的设备市场总营收在2017年超过了4亿美元。预计到2023年将达到约7.5亿美元,在此期间的复合年增长率(CAGR)为10%。这主要是由光刻驱动,其后为W2W永久键合。

超越摩尔器件的新光刻设备市场主要由先进封装驱动。目前,该细分领域占整个超越摩尔光刻设备市场的近60%,并将继续通过步进式技术主导该产业。

同时,MEMS和传感器、CIS和功率器件的光刻设备营收很高比例来自传统半导体产业的设备改造。不过,新光刻系统即将出货,以满足旧设备面临的更小的对准和特征尺寸限制。

W2W键合市场主要受CIS成像驱动,预期将受到来自新兴CIS产品的推动。不过,3D NAND和3D SoC等新主流半导体应用,也将在未来五年内大力推动W2W键合市场的增长。

2017年,临时键合和解键合设备市场仍然仅是一个营收超过5500万美元的相当小的利基市场。然而,它已经应用于许多超越摩尔领域,例如3D TSV平台、扇出型晶圆级封装(FO WLP)、MEMS和传感器、功率器件和光子学应用等。

从技术角度来看,激光解键合代表了主流技术,目前广泛应用于FO WLP和2.5D内插器封装。预计它将继续成为领先工艺,主要由三星、SK海力士和美光等主要内存制造商推动。由于良率问题,以及支持2019年末到来的大规模量产,这些公司预计将为下一代HBM2存储器,从机械/热滑动解键合转向激光解键合。

超越摩尔器件或将破局主流键合和光刻技术的应用

2017~2023年超越摩尔器件应用的W2W永久键合、临时键合和解键合设备市场预测

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