半导体胶带的研发与应用

2023-12-29 09:33
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胶带的历史:

起源于美国,迅速发展至全球


胶带是⽇常生活中⾮常常见的消耗品,胶带的出现极大的便利了我们的生活。胶带的发明者是⼀个出生在美国明尼苏达圣保罗的人,名字叫理查·德鲁。他在1920年代首次发明了透明胶带,同时他也是遮蔽胶带和玻璃纸胶带的发明者。


1920年理查加入3M时,正是沙纸⼯艺的中期。⼀天,理查没事的时候溜达到⼀家汽车店。看到他们正在测试⼀种叫Wetordry(防⽔砂布)的砂纸。理查就很好奇。因为在美国的19世纪的20年代,⼀种双⾊汽车喷涂⾮常流⾏,但是却很难掌控。理查在加入3M后,在实验室⾥用了3年时间研发出了第⼀条masking tape!(胶纸带)。胶带按它的功效可分为:⾼温胶带、双⾯胶带、绝缘胶带、特种胶带、压敏胶带、模切胶带,不同的功效适合不同的⾏业需求。胶带表⾯上涂有⼀层粘合剂,才能令胶带粘住物品。胶带是由基材和胶黏剂两部分组成,通过粘接使两个或多个不相连的物体连接在⼀起。其表⾯上涂有⼀层粘着剂。最早的粘着剂来⾃动物和植物,在⼗九世纪,橡胶是粘着剂的主要成份;⽽现代则⼴泛应用各种聚合物。粘着剂可以粘住东西,是由于本⾝的分⼦和欲连接物品的分⼦间形成键结,这种键结可以把分⼦牢牢地黏合在⼀起。粘着剂的成份,依不同⼚牌、不同种类,有各种不同的聚合物。


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国内胶带的发展现状:

大而不强


中国胶粘带起步相对较晚,1983 年广东地区首先出现胶带产线。经过 30 多年的发展,中国成为全球最大胶带生产国,2019 年中国胶粘带销量 271.8 亿平方米,占全球总销量的 58.1%。2009-2019 年中国胶粘带销量从125 亿平方米增长至 271.8 亿平方米,年均增长8.08%。


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尽管 2019 年中国胶带销量占全球58.1%的份额,但是销售额仅为全球的12.3%。且近 5 年来出口单价仅为进口单价的 1/5 左右,根据 2019 年国内胶粘带行业出货结构来看,BOPP 包装胶带、 标签及广告贴、双面胶带占比78%。最高级为生产以压敏胶带、线束胶带、半导体胶带等为代表的高附加值特种胶带的欧美日大型企业;中级为中小自主品牌生产企业和龙头代工厂商;底层为众多高同质化小型胶带生产企业和下游裁切商。当前最高级供应主要被国际龙头垄断,其中 3M、日东电工、德莎和琳得科控制着全球压敏胶带近 20%的市场。


中底层则被中国企业凭借成本优势占据,存在着企业数量众多、规模小、竞争激烈、产业集中度低的问题。随着中国科技的技术进步,高附加值的高端胶带国产替代正当时。


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半导体胶带:

国产替代正当时


什么是半导体胶带?

半导体芯片的生产制造工艺极其复杂,大致可分为晶圆制造、芯片制造、封装和测试环节,整个流程从最初的原材料提纯到最终的成品包装 ,步骤可达上千步。


晶圆制造:主要包括提纯、拉晶、切片、抛光等工艺。


芯片制造:主要包括光刻胶涂布/去除、曝光、刻蚀、离子注入、物理/化学气相沉积等工艺,还包括相对属于后道工艺的研磨、切割。


在后道工艺中的研磨与切割即要使用研磨和切割胶带:硅晶片本身属于硬脆材料,在该过程中可能由于应力发生碎裂;其中背面研磨(Back Grinding)和切割(Dicing)是产生碎裂的主要工序,因此保护胶带属于必备耗材,全球市场规模约为130亿人民币。


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背面研磨保护胶带

贴在晶圆正面——带电路的面(Active Area),以保护芯片电路区域在研磨和减薄时免受外界异物造成的损伤,避免崩裂、裂纹(开裂)以及脏污。全球每年需求量超过2000万平方米。


技术要求:

  • 粘着力高,可切实粘住晶片,防止位移或脱落

  • 外界给予一定条件时(热水水浴或UV照射)粘着力迅速降低

  • 低污染、无胶水残留


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切割保护胶带

在切割时能以超强的粘着力确实粘住晶片,即使是小晶片也不会发生位移,使晶片在切割过程中不脱落、不飞散,从而能确实地切割。全球每年需求量超过3500万平方米。


按照解粘机理,研磨切割胶带可分为UV膜(受紫外线照射后粘度迅速下降)和非UV膜,其中UV膜的比例约占4成,并且呈上升趋势。


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扩晶相关胶带

此外,切割后的扩晶环节也需要用到相关胶带产品,作用是保证单颗芯片在这一过程中不会发生脱落和飞散。


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半导体胶带产业链

上游:原材料中以胶粘剂的技术含量较高,头部企业包括综研化学、日亚合成等;基材仍以日系企业为主(东丽/帝人/三菱树脂)。


下游:各类芯片制造厂和封测企业,包括外包半导体封装测试OSAT和IDM封测部门。


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半导体胶带产品结构

研磨切割胶带属于单面胶带,其结构包括3部分:基膜(提供机械强度和化学性能)、胶粘剂(提供初始高粘着力与持粘力,并通过UV或热解粘,技术含量很高)、离型膜(对胶粘剂起到保护作用,类似创可贴的可剥离部分)。


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半导体胶带技术壁垒

半导体胶带的技术壁垒主要指胶粘剂技术。评价维度主要有:

  1. 粘着剂、树脂的设计与合成

  2. 树脂改性和分散配比

  3. 针对某款具体产品和特定场景下的粘着物,进行应用开发

  4. 将胶粘剂精密涂布于基材之上,绝对厚度和公差小、涂布均匀


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半导体胶带主要供应商

半导体胶带领域几乎由日本垄断,包括日东电工(Nitto)、三井化学、琳得科(LINTEC)、日本电气化学(Denka)、古河电工(Furukawa)等,这些企业大多已有超过100年的历史。其中,PVC电子级胶带市场由日东电工牢牢把持,自给率极低,国产替代需求强烈。

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