柔性芯片技術(shù)是通過特殊的晶圓減薄工藝、力學(xué)設(shè)計(jì)和封裝設(shè)計(jì)，將芯片厚度極大降低

• 洪前進(jìn) 2023年11月3日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 871 54
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柔性傳感器件的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是，柔性基底上的電極需要緊緊地與外圍信號處理、傳輸以及電源電路相連。尤其是在剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)的情況下，如果連接不緊密，會產(chǎn)生偽影信號，甚至?xí)驗(yàn)闄C(jī)械運(yùn)動而斷開連接，導(dǎo)致器件無法工作。

半導(dǎo)體設(shè)備處于產(chǎn)業(yè)鏈上游，貫穿半導(dǎo)體生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。按照工藝流程可以分為四大板塊——前端相關(guān)設(shè)備、晶圓制造設(shè)備、封裝設(shè)備、測試設(shè)備。半導(dǎo)體設(shè)備處于產(chǎn)業(yè)鏈上游，貫穿半導(dǎo)體生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。按照工藝流程可以分為四大板塊——晶圓制造設(shè)備、測試設(shè)備、封裝設(shè)備、前端相關(guān)設(shè)備。其中，晶圓制造環(huán)節(jié)設(shè)備投資占整體的70%以上，是制造IC的關(guān)鍵。七大工藝步驟(氧化/擴(kuò)散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、清洗與拋光、金屬化)，對應(yīng)專用設(shè)備包括氧化/擴(kuò)散設(shè)備、光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、離子注入設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、機(jī)械拋光設(shè)備等。其中光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備為核心設(shè)備，分別占晶圓制造環(huán)節(jié)設(shè)備成本的24%、10%、18%。另外封裝及組裝設(shè)備約占10%，測試設(shè)備約占8%，其他設(shè)備約占5-10%。

半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)門檻高，國內(nèi)企業(yè)與國際知名半導(dǎo)體設(shè)備制造企業(yè)實(shí)力相差懸殊。日本企業(yè)在晶圓清洗設(shè)備、切割機(jī)、研磨機(jī)、晶圓檢測設(shè)備、單晶爐、CVD設(shè)備、涂布顯影設(shè)備、光刻機(jī)、刻蝕設(shè)備、IC測試設(shè)備等產(chǎn)品中具有國際競爭優(yōu)勢;美國企業(yè)在單晶爐、氣相外延爐、分子束外延系統(tǒng)、氧化爐、CVD設(shè)備、磁控濺射鍍膜設(shè)備、CMP拋光機(jī)、ICP等離子體刻蝕系統(tǒng)(ICP)、刻蝕設(shè)備、離子注入機(jī)、IC封裝設(shè)備等產(chǎn)品中具有國際競爭優(yōu)勢;荷蘭企業(yè)ASML阿斯麥在高端光刻機(jī)、外延反應(yīng)器等產(chǎn)品中具有國際競爭優(yōu)勢。相比之下，國內(nèi)企業(yè)僅在PECVD、氧化爐等產(chǎn)品中取得技術(shù)突破，在其他半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域的國產(chǎn)率極低，尚不具備自主研發(fā)并投入于工業(yè)生產(chǎn)的能力。

中研研究院《2023-2028年國內(nèi)芯片行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報(bào)告》分析

柔性芯片技術(shù)是通過特殊的晶圓減薄工藝、力學(xué)設(shè)計(jì)和封裝設(shè)計(jì)，將芯片厚度極大降低。在柔性電子制造領(lǐng)域，硅基集成電路的柔性化十分具有挑戰(zhàn)性。采用柔性芯片技術(shù)可以設(shè)計(jì)出更加輕薄柔軟的電子感知系統(tǒng)，它們能夠與機(jī)器人或人體更好地共形貼合，對環(huán)境或人體的感知也將變得更加靈敏。

半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)流程包括拉晶—>整型—>切片—>倒角—>研磨—>刻蝕—>拋光—>清洗—>檢測—>包裝等步驟。其中拉晶、研磨和拋光是保證半導(dǎo)體硅片質(zhì)量的關(guān)鍵。涉及到單晶爐、滾磨機(jī)、切片機(jī)、倒角機(jī)、研磨設(shè)備、CMP拋光設(shè)備、清洗設(shè)備、檢測設(shè)備等多種生產(chǎn)設(shè)備。

晶圓制造過程主要包括擴(kuò)散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、化學(xué)機(jī)械拋光、金屬化七個(gè)相互獨(dú)立的工藝流程，這些工藝流程都會有相對應(yīng)的晶圓制造設(shè)備來完成芯片制造流程。典型的集成電路制造需要花費(fèi)6-8周時(shí)間，涵蓋350道或者更多的步驟來完成所有的制造工藝，雖然過程復(fù)雜，但所有步驟只是多次運(yùn)用了有限的幾種工藝，如薄膜沉積、光刻、刻蝕、注入、拋光等。

封裝設(shè)備市場整體呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，國內(nèi)市場在傳統(tǒng)封裝裝備領(lǐng)域自給率低，在先進(jìn)封裝用光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等設(shè)備領(lǐng)域國產(chǎn)化率較高。各類封裝設(shè)備市場呈寡頭壟斷格局，如日本Disco壟斷了全球80%以上的封裝關(guān)鍵設(shè)備減薄機(jī)和劃片機(jī)的市場。根據(jù)資料，我國傳統(tǒng)封裝設(shè)備國產(chǎn)化率整體上卻不超過10%，但先進(jìn)封裝設(shè)備的國產(chǎn)化率逐步提高。

半導(dǎo)體檢測貫穿整個(gè)制造過程，檢測設(shè)備主要分為工藝檢測(在線參數(shù)測試)設(shè)備、晶圓檢測(CP測試)設(shè)備和終測(FT測試)設(shè)備三類。半導(dǎo)體檢測貫穿整個(gè)制造過程，從最初的設(shè)計(jì)到最終的產(chǎn)品都需要有嚴(yán)格的檢測要求。因此，半導(dǎo)體檢測設(shè)備是芯片質(zhì)量的重要保證，也是提高芯片制造水平和進(jìn)行成品率管理的關(guān)鍵。半導(dǎo)體檢測設(shè)備主要用于檢測半導(dǎo)體產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中和產(chǎn)成后的各類性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。廣義上來講，半導(dǎo)體檢測設(shè)備包括工藝檢測設(shè)備、晶圓檢測設(shè)備和終測設(shè)備三類。

工藝檢測設(shè)備用于工藝過程中的測量及缺陷檢查，在前段晶圓制造工藝及后段封裝工藝中均有應(yīng)用，在先進(jìn)的前段生產(chǎn)線中作用越來越重要。工藝檢測設(shè)備以國外為主，測試機(jī)領(lǐng)域華峰測控及長川科技(300604.SZ)已初具規(guī)模。在工藝檢測、晶圓檢測及終測中，國內(nèi)企業(yè)主要涉足在后兩者

晶圓檢測設(shè)備包括硅片測試設(shè)備和晶圓中測設(shè)備。硅片測試設(shè)備主要包括厚度儀、顆粒檢測儀、硅片分選儀等;晶圓中測設(shè)備主要包括探針卡、探針臺和測試機(jī)等。

終測是對封裝后芯片功能和電性能的測試，主要設(shè)備為分選機(jī)和測試機(jī)。

圖表：2021-2023年中國柔性芯片行業(yè)的市場規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：中研普華研究院

根據(jù)中研研究院《2023-2028年國內(nèi)芯片行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報(bào)告》分析得知，目前柔性芯片行業(yè)處于應(yīng)用階段，技術(shù)表現(xiàn)還不成熟，但行業(yè)的增長速度較快，2023年中國柔性芯片行業(yè)的市場規(guī)模達(dá)到29.27億元，市場景良好。

可穿戴傳感器件的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要求是需要最大化提高用戶的佩戴舒適感，傳感器件需要與皮膚共形。因此，傳感器件需要由柔軟可變形的、不易脫落的基底材料構(gòu)成。包括纖維織物、紙張、軟的聚合物或塑料等，均可作為基底材料。在柔性基底上的電極制備方法包括光刻技術(shù)和打印技術(shù)，打印技術(shù)一般有絲網(wǎng)印刷、柔性版印刷以及凹版印刷等。光刻技術(shù)尚待解決的問題包括確保在變形過程中傳感工作區(qū)域無劇烈的變化，功能膜層不被撕裂，從而避免運(yùn)動相關(guān)的信號偽影。對于打印的器件，墨水成分的優(yōu)化，以及前處理可以解決這些問題。

柔性傳感器件的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是，柔性基底上的電極需要緊緊地與外圍信號處理、傳輸以及電源電路相連。尤其是在剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)的情況下，如果連接不緊密，會產(chǎn)生偽影信號，甚至?xí)驗(yàn)闄C(jī)械運(yùn)動而斷開連接，導(dǎo)致器件無法工作。

外圍信號處理與傳輸電路部分負(fù)責(zé)將汗液傳感器件測量得到的信號進(jìn)行放大、濾波、降噪等信號處理后，轉(zhuǎn)換為目標(biāo)分析物濃度值進(jìn)行傳輸與顯示。剛?cè)峄旌想娮蛹夹g(shù)可將剛性的硅基電子芯片集成到全柔性的汗液傳感器件中。目前為其提供電能的柔性薄膜電池容量普遍非常小，其它的通過人體摩擦發(fā)電、收集周圍環(huán)境射頻發(fā)電等能源產(chǎn)生方式效率都非常低，不足以驅(qū)動汗液傳感芯片的外圍信號處理與傳輸電路工作。因此，柔性汗液傳感芯片外圍信號處理與傳輸電路的設(shè)計(jì)必須要盡可能低功耗、小體積，以確保能夠長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。

中研研究院《2023-2028年國內(nèi)芯片行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報(bào)告》分析

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