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MEMS制造产业分析报告
2016-11-25 15:38:29 阅读

  基于集成电路制造行业发展要求,国家知识产权局专利分析普及推广项目新型传感器课题组以台湾积体电路制造公司(简称台积电)为例,进行了深度剖析,以硅通孔技术、解决应力问题手段和扇出晶圆封装技术为切入点,发掘台积电在研发深度、广度以及保持先进性方面的技术储备,以期对我国相关企业的研发攻关以及经营之道有所帮助。
 
PART 1 深度篇——攻坚克难、精益求精
  硅通孔(TSV,Through -Silicon-Via)工艺是MEMS制造工艺中的重点关键技术,其通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通,实现芯片之间的互连。TSV技术已经成为目前MEMS 工艺中最引人注目的一种技术,业内人士己将TSV技术称为继引线键合、载带键合和倒装芯片之后的第四代封装技术。尽管TSV技术有着诸多优势,并且受到广泛的研究和重视,TSV技术在制作和应用中仍然存在许多困难和挑战。台积电作为全球最大的半导体晶圆代工企业,其有关硅通孔制造的专利申请量稳居榜首。
 
 
  由台积电硅通孔制造工艺技术发展路线图,可以看到该公司的硅通孔技术经历了由通孔制造到简单两层接合,再到利用内插器形成堆叠,以及与MEMS集成形成腔体,继而发展为多层3D堆叠,在光学器件中使用硅通孔,以及玻璃基底中形成硅通孔这一过程。整个发展历程由简单叠加到复杂堆叠,相应的硅通孔技术也在不断地完善和发展,其应用呈现多样化。台积电在硅通孔这一关键技术上,不断根据技术发展需求进行精益求精的研发,打好根基服务于封装技术发展。
 
PART 2 广度篇——广博深远、有的放矢
 
  应力问题是封装过程中存在的主要问题之一,也是各个公司企业专利申请的聚焦点,这当然也是台积电的封装类专利申请的关注点。研究人员为了降低封装应力,形成了多种技术手段,通过技术手段构成图可以看出,解决这一问题,主要从结构和材料方面进行设计研发。其中,从结构上进行设计研发是本领域中降低封装应力的主要方式。具体来看,结构方面主要包括增加结构和改变结构两种技术手段;增加结构包括增加应力保护层(128项)、释放孔(18项)等结构,增加应力保护层主要包括增加缓冲层(105项)和密封环(17项)等;改变结构则包括改变衬底结构(20项)、改变互连结构(73项)以及改变预留空间(15项)等技术手段。材料方面包括选择合适材料的互连结构、衬底和介电层等。
 
 
  台积电针对应力问题,提出通过多角度解决该典型技术问题的技术手段,对这一技术问题进行了全方位、多角度的研究,提出的手段也各有千秋。应力问题是封装过程中存在的主要问题之一,也是各个公司企业技术研发的聚焦点,通过台机电解决该技术问题的技术构成图可以看出,通过改变结构是最主要的一个方向,且其中增加缓冲层来减小封装应力是主要的一个解决方式。
 
PART 3 先进篇——独占鳌头、无出其右
 
  扇出晶圆级封装(FO-WLP,Fan-out Wafer Lever Package),是众多3D晶圆级封装技术中的一种,可以在单芯片封装中做到较高的集成度,而且电气属性更佳,可以为消费者带来更好的性能和效率更高的存储器总线,并减小成本。据报道,台积电的扇出晶圆级封装技术是拿下苹果公司A10处理器大单的关键原因,可见该技术的重要性。
 
  台积电经过长达4年的准备,建立CoWoS及扇出晶圆级封装等两大先进封装测试生态系统。从2012年起台积电开始着手布局晶圆级封装市场,但是由于CoWoS封装服务价格相对较高,无法提供完整异质芯片整合效益,台积电看好以低成本达到可接受运算效能的系统级封装,相信其会成为未来发展的重要方向,于去年宣布跨入整合扇出型晶圆级封装代工市场,并推出晶圆级系统整合平台。
 
 
  台积电一直与苹果等国际大公司保持着合作甚至垄断合作的关系,但是新款苹果iPhone6s和6s Plus,首度由两家厂商代工苹果自行设计的处理器A9,也就是台积电和三星。为了拿下全部A10订单,台积电积极开发扇出技术,据了解,台积电扇出第一个产品就是苹果A10应用处理器,也因为台积电的扇出晶圆级封装技术,台积电拿下A10大单。台积电作为代工龙头以其敏锐的视角和雄厚的研发实力独占代工鳌头,一枝独秀,独出一时。
 
PART 4 战略篇——专利护航、法律维权
 
  2003年12月19日,就在中芯国际积极准备在美国和香港上市之时,台积电在美国联邦法院对中芯国际提起侵犯其5项专利权和窃取商业秘密的诉讼。历经7年的诉讼大战,2009年11月10日,中芯国际宣布与台积电签订和解协议,将向台积电分期4年支付2亿美元现金,同时向台积电发行新股及授予认股权证,交易完成后台积电将持有中芯国际10%股份。
 
 
 
  图6为专利权和技术秘密SWOT分析,通过SWOT分析法对专利权保护与商业秘密保护两者做一个分析,以便于创新主体能根据自身情况合理选择保护方式。台积电对于自身的创新成果采用了两种主要的保护方式:商业秘密保护和专利权保护,并且在不同阶段运用了这两种保护方式维护自己权益,在市场中占有一席之地,保持长久的市场竞争力。
 
 
  从对台积电的分析,可以看出其非常善于把握市场热点,针对硅通孔、应力等热点问题均进行了深入系统的研究,提出了很多先进的技术手段,并进行了一系列的专利布局。台积电踏实稳健的发展模式与利用合理的专利布局保护自己的产品与方法的经营管理之道是我们内地很多厂商需要学习的。内地的公司在找准自己的定位与发展方向,坚持不懈的进行研究与发展的同时,应当注重知识产权的提前和合理的布局,以实现企业的长久发展。(国家知识产权局专利分析普及推广项目新型传感器课题组)
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