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                    超薄載體銅箔: 銅箔行業皇冠上的明珠

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                    新春寄語

                    沉舟側畔千帆過,病樹前頭萬木春。過去的一年是極不平凡的一年,面對經濟下行與行業周期的雙重壓力,花園新能源眾志成城,承壓前行,降本增效與研發創新齊頭并進,彰顯了企業發展的韌性與活力。玉汝于成,功不唐捐,在公司全體同仁的共同努力下,2023年12月22日,我們成功舉辦了“浙江花園新能源股份有限公司高端新產品發布會”,七款凝聚了公司研發團隊心血的高端新產品正式推向市場。汗水澆灌收獲,奮斗彰顯擔當,我們堅信唯有堅守才能越過難關。2024年,我們將繼續披荊斬棘,踏浪前行,繼續加強品質管控,加大研發投入,為實現中國一流銅箔企業的美好愿景而努力奮斗,為實現高端銅箔國產替代的偉大目標貢獻力量。

                    新春伊始,我們將繼續在公司公眾號上發布花園新能源公司高端新產品性能及應用介紹以及最新的研究成果、研究進展,我們真誠期待與國內外同行、產業鏈上各位專家共同探討行業的一些技術熱點、難點、痛點及解決方案,共同推動中國電子信息與新能源產業高質量發展。




                    超薄載體銅箔:
                    銅箔行業皇冠上的明珠
                    引言:

                    隨著高性能芯片需求不斷提升以及半導體封裝市場的快速發展,高端 IC 載板供不應求。目前,國內多家企業紛紛布局高端 IC 載板。但高端 IC 載板的上游材料也需要產業鏈配套,但這些材料尤其是關鍵材料國產化率極低。作為IC封裝的關鍵上游材料之一的超薄載體銅箔,因其加工技術難度非常高,且具有不弱于ABF載板的最小線寬線距,同等面積下具有顯著的成本優勢,一直被視為銅箔行業皇冠上的明珠。長期以來,超薄載體銅箔的生產和銷售一直被國外公司所壟斷。為了讓更多的人了解這款高端新型材料,本文詳細介紹了超薄載體銅箔的特性、加工技術難點及應用領域市場前景,最后介紹花園新能源自主研發的超薄載體銅箔產品性能。

                    1、超薄載體銅箔特性及加工技術難點

                    通常把厚度≤12μm的銅箔稱為超薄銅箔。銅箔越薄,則它的制備就更加困難,在運輸過程中很容易起皺和撕裂。所以國內外對超薄銅箔的生產基本是采用具有一定厚度的載體箔作陰極,在其上電沉積超薄銅箔。然后將鍍上的超薄銅箔連同陰極的載體箔一同經熱壓、固化壓制在絕緣材料基材上,再將用作陰極的金屬支撐箔用化學或機械方法剝離除去。這種在載體上電沉積的超薄銅箔稱為超薄載體銅箔。

                    由于銅的晶格匹配,如果不使用隔離將會導致載體箔和超薄銅箔無法剝離,因此超薄銅箔生產的關鍵問題在于如何解決超薄銅箔與載體箔完整且穩定的剝離。一方面剝離層需要保證電鍍后載體箔與超薄銅箔之間具有一定的剝離強度,另一方面也需要確保高溫層壓后兩者易于剝離。

                    2、超薄載體銅箔的應用領域分析

                    超薄載體銅箔由三井金屬開發。20世紀90年代末,三井金屬已在全球較早地實現了附超薄載體銅箔的產業化。隨著芯片級封裝技術的普及,電路板的線路越來越細,孔徑設計也越來越小。在2020年初三井金屬附超薄載體銅箔應用已發展到mSAP工藝的基板,市場迅速擴大。

                    在mSAP工藝制作過程中,使用的基銅厚度對于蝕刻量有著顯著的影響,基銅厚度越薄,其對應的蝕刻量越小,越利于精細線路制作,同時在相同的基銅厚度情況下,線路間距越大,其對應的蝕刻量也會增加。

                    mSAP工藝在穩定性、質量可靠性和學習曲線等方面均優于傳統的SAP工藝。mSAP工藝更簡單,易操作,這也是該工藝被目前廣泛應用的原因之一。

                    傳統封裝的功能主要在于保護芯片、電氣連接。先進封裝則在此基礎上增加了提升功能密度、縮短互聯長度、進行系統重構三項新功能。

                    傳統封裝技術成熟,成本較低,因此仍被廣泛應用于對成本敏感或對性能要求不高的領域。

                    先進封裝是在不考慮提升芯片制程的情況下,努力實現芯片體積的微型化、高密度集成,同時降低成本,這種技術的提升符合高端芯片向更小尺寸、更高性能、更低功耗方向演進的趨勢。先進封裝由于其高性能和高集成度,廣泛應用于各類芯片和下游高端應用中,其中包括人工智能、智能駕駛、AR/VR、5G、手機通信、區塊鏈等。

                    目前,超薄載體銅箔主要用于IC封裝和無芯片封裝,兩者均屬于先進封裝。而先進封裝正在高速發展,預計2026年將超過傳統封裝,未來市場需求潛力巨大。超薄載體銅箔是制備芯片封裝基板、HDI 板的必需基材,是不可缺少的主要材料之一。

                    (1)IC封裝

                    IC封裝是指將集成電路芯片封裝在外部保護殼內,以保護芯片免受機械損傷和環境影響,同時提供外部連接接口,方便集成電路與其他電路或設備之間的連接的技術。

                    IC載板為芯片提供電信號引出及支撐、散熱和保護作用,同時也為芯片與PCB母板之間提供電氣連接及物理支撐。IC封裝的種類有很多種,每種封裝都有其適用的場景和特點。

                    IC封裝是集成電路產品中不可缺少的一部分,直接影響到產品的性能、穩定性和可靠性。載體銅箔的使用占高端IC封裝中的8%,用于封裝基板中,如圖1所示。

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                    圖1. IC載板結構示意圖
                    (2)無芯片封裝

                    無芯片封裝是一種封裝技術,用于將芯片(例如集成電路芯片)封裝在沒有硅基芯片的基板上,如下圖2所示,無芯片封裝技術與傳統封裝相比使基板加工后的厚度降低了4倍。

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                    圖2. 傳統封裝(左),無芯片封裝(右)

                    使用無芯技術封裝基板用于以滿足電子應用中的發展趨勢,用以獲得更輕、更小和卓越電氣性能的基板,為后續的終端加工提供更小的電子元器件。

                    對于載體銅箔的應用都是使用高端的先進封裝技術進行的。對于未來的發展2026年先進封裝將超越傳統封裝。隨著先進封裝技術的發展,載體銅箔可能會應用于更多的領域。
                    3、超薄載體銅箔的市場需求分析

                    2022年全球超薄銅箔需求量同比增長近100%。超薄載體銅箔屬于高端銅箔產品,其廣泛應用于電子電氣的PCB、電子封裝、電子顯示器等領域。隨著全球電子產業的整體發展,對超薄載體銅箔的國際市場需求也在不斷增加。特別是在亞洲地區,如中國、日本和韓國等,對超薄載體銅箔的需求量持續增長。

                    根據新思界產業研究中心發布的《2023—2028年中國可剝銅(可剝離超薄銅箔)行業市場深度調研及發展前景預測報告》,超薄載體銅箔主要用于IC載板的封裝。隨著高性能計算及存儲芯片行業景氣度提高,IC載板市場需求日益旺盛。2022年全球IC載板市場規模達到191.8億美元,同比增長36.1%。下游行業發展速度加快,帶動超薄載體銅箔市場空間不斷擴大。根據中國海關的數據顯示,2023年1-12月中國銅箔累計進口量約為91925.18噸,超薄載體銅箔在其中的整體需求是處于供不應求的狀態。

                    目前,國內所使用的超薄載體銅箔絕大部分都需要從日本進口。2023年中國從日本進口的銅箔達百億元,國內供需關系嚴重不對等,具有非常大的市場前景。

                    珠海越亞是國內最早生產IC封裝載板的陸資企業之一,是全球首批利用自主專利技術“銅柱增層法”實現“無芯”IC封裝載板量產的企業,其生產的各種封裝載板在國內外相關細分市場均處于領先地位,也是國內目前需求超薄載體銅箔的最大的客戶。

                    興森科技成立于1999年,深耕電子電路行業30年,是全球先進電子電路方案數字制造提供商,掌握集成電路生產制造領域核心技術及關鍵產品量產能力,產品布局覆蓋電子硬件三級封裝領域。它是目前國內超薄載體銅箔需求量第二大的客戶。

                    由于超薄載體銅箔主要用于高端產品,所以客戶公司群體主要是集中在珠三角地區的高新企業。

                    4、超薄載體銅箔國產化具有重要的戰略意義

                    對于超薄載體銅箔行業的龍頭——三井金屬來說,該公司目前占據全球超薄載體銅箔95%的市場。為避免華為公司被“卡脖子”的類似事件再度發生,我們急切需要國產化來制造替代產品。

                    為打破日本三井金屬在超薄銅箔領域的技術壟斷,降低國內企業的生產成本,提高市場競爭力,促進芯片產業健康發展,增強技術創新能力,國內銅箔企業必須盡快掌握自主的超薄載體銅箔生產加工核心技術,不斷改進工藝提升產品性能、降低生產成本,搶占被國外企業所壟斷的超薄載體銅箔中國市場,擺脫進口依賴,這對于中國整個電子產業的發展都具有重要的戰略意義。

                    5、花園新能源公司超薄載體銅箔生產工藝介紹及性能分析

                    經過不懈地努力,目前,花園新能源公司已在超薄載體銅箔研發上取得重大突破,成功攻克剝離層、超薄層的技術壁壘,工藝路線已確定,并已經進行試生產,樣品已提供給下游公司正在進行相關的驗證。

                    花園新能源公司的超薄載體銅箔的組成結構如下圖3所示。超薄載體銅箔結構由載體箔、剝離層、超薄銅箔組成,后壓合到基材上。

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                    圖3. 超薄載體銅箔的結構示意圖

                    載體箔的表面狀況決定著超薄銅箔的表面狀況,為了獲得較小粗糙度的表面,沉積超薄銅箔一般都選擇在載體箔的光面上。超薄載體銅箔的粗糙度與載體箔的粗糙度有關,為了獲得更低粗糙度的超薄銅箔,花園新能源公司選用光面粗糙度低的銅箔作為載體箔。

                    花園新能源公司超薄載體銅箔的產品特點和性能如圖4所示。

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                    圖4. 花園新能源公司

                    超薄載體銅箔的產品特點和性能

                    以下是產品參數的要求以及該參數的優點:

                    (1)厚度3.0±0.1μm

                    ①低厚度的超薄載體銅箔可以減少終端產品中元件的重量。

                    ②有助于實現小型化設計和提高器件的性能密度。

                    ③目前主流的發展趨勢是向集成化,精細化發展,需要越來越薄的超薄銅箔用于IC封裝等產業。

                    (2)粗糙度Rz≤2.0μm

                    ①低粗糙度的銅箔可以確保更加精確的電路圖案和連接,有助于提高電子元器件的性能和穩定性。

                    ②低粗糙度的銅箔能夠減少信號傳輸過程中的信號衰減和干擾,提高信號傳輸的質量和穩定性,特別是在高頻率和高速數據傳輸中更為重要。

                    ③在一些應用中,超薄載體銅箔可能被用作散熱片或導熱材料,低粗糙度可以提高其表面的導熱性能,更有效地散熱。

                    (3)離型力0.08≤RS≤1.0N/mm

                    壓合后剝離力太小會導致載體箔脫落,無法加工;剝離力太大會導致下游加工的困難。載體銅箔需要常溫狀態下和壓合后均保持穩定且均勻的剝離力,且在繼續加工時不能脫落。

                    (4)抗剝離強度≥1.2kg/cm

                    為了保證下游加工時刻蝕超薄銅箔時超薄銅箔不會在BT基材、FR-4基材上脫落,產品壓合后需要保證一定的抗剝離強度。

                    小結:
                    超薄載體銅箔完全實現國產替代還有很多路要走,更需要整個產業鏈上下游各企業的協同配合。我們堅信,路雖遠,行則將至;事雖難,做則必成。只要花園新能源公司堅持不懈去研發改進工藝,不斷與下游產業鏈各企業保持良好溝通并及時反饋,就一定能實現國產超薄載體銅箔逐步替代日本進口,摘取這顆銅箔行業皇冠上的明珠。

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