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半導體封測主流技術及發展方向分析
來源: fbe-china.com作者: Kenny Fu時間:2019-11-18 10:04:12點擊:6231

近幾年,中國半導體產業繼續維持高速增長態勢,增長率超過了20%;IC設計、封測、晶圓制造以及功率器件是為4大推動主力。其中,封測行業在過去十多年中,因成本比較高,主要靠量推動發展,并是過去我國半導體產業4大推動力中產值最高的一塊。不過,近兩年來,我國的IC設計行業獲得了巨大發展,2018年其產業營收已經超過了2500億人民幣規模,超過了封測產業的產值,未來還將繼續高速發展。由此,封測行業也將繼續成長,以匹配正在高速發展的IC設計行業發展需求。

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從行業發展歷程來看,包括封測行業在內的半導體產業主要由幾類代表性產品所驅動。在上世紀80年代中期,由計算機主機和臺式電腦推動發展;這一時期,筆記本電腦的發展勢頭也開始慢慢展現。而到了上世紀90年代中期,筆記本電腦就成為了整個半導體產業的驅動主力。待進入千禧之年,以手機為代表的移動通訊產品開始引領半導體產業的高速成長。在2010年之后,集各種功能于一體的智能手機取代了上一代產品并高速成長,并成為當下半導體產業發展的驅動代表。封測行業正是伴隨這些時代的產品升級而獲得了巨大發展。

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下一個驅動半導體產業繼續繁榮的代表產品又是什么呢?目前主流觀點認為,數據運算時代將會成為當下的驅動主力,這是因為在端對端的應用中,如手機平臺、汽車平臺、智能制造、智能家居等,將會構建邊緣云計算的龐大網絡,形成端應用,這就需要龐大的大數據運算能力,離不開5G、AI、云計算等技術的支撐。面對新的產業變化,封測行業該如何應對?需要哪些新的技術來匹配發展?云端應用需要非常寬的帶寬,我們知道,摩爾定律及先進制程一直在推動半導體行業的發展,封裝行業也需要新的技術來支持新的封裝需求,如高性能2.5D/3D封裝技術、晶圓級封裝技術、高密度SiP系統級封裝技術、高速5G通訊技術以及內存封裝技術等,這些將會成為接下來封裝行業跟進產業潮流的主流技術及方向。2.5D/3D先進封裝集成目前,需要從FcBGA等平臺上提供最大的封裝尺寸,從傳統的2.5D封裝提供轉接板工藝開始,深入開發及提供低成本方案,比如長電科技的UFOs基板技術,既可以替代原來的基板,也可以在基板中增加一層薄膜,還可以作為高密度的封裝方案,從而降低封裝的成本,并提高產品的性價比。

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晶圓級封裝技術晶圓級封裝技術應用非常廣泛,成長也非常迅速,目前可以做到8英寸、12英寸多層封裝。該技術還可以用來實現Remain封裝,可以很好地提高產品的可靠性。其中,Fan-Out技術是當下晶圓級封裝技術中的熱門,這需要利用晶圓級平臺來實現,星科金鵬推出的eWLB正是Fan-Out技術方案之一,DECA和近幾年臺積電采用的InFo也是行業重要的晶圓級Fan-Out封裝方案。eWLB和FO-ECP是長電科技目前施行的主要方案,其中eWLB屬于通用級技術,使用領域廣泛;而FO-ECP為長電科技專門開發的新技術,能對封裝體提供支持,側重于尺寸比較小的產品的封裝,主要面對消費級、功率器件領域產品。當然,利用Fan-Out方案也可以為高密度芯片互聯結構設計提供支持,這是一種偏向于芯片工藝的封裝技術,可在晶圓層面實現局部優化,通過互聯技術,將不同的芯片結合在一起。    20181211_14-4.jpg

系統級封裝集成SiP

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系統級封裝是目前各封裝企業著力發展的重要技術,其驅動力主要來自兩個方面,一是摩爾定律邁向收官階段,行業的發展越來越困難;值得慶幸的是,目前有消息稱,基于硅基技術,摩爾定律有望延后到2040年才會終結,當然,越往后,每一次技術進步所付出的成本會越來越高。另一方面就是通過系統級封裝集成技術來實現更為精密的生產制造,從而可以推出不同的器件、不同功能的元件,如2D、3D、多層疊加等技術,將現有的技術運用起來,形成封裝系統集成。目前蘋果產品在系統級封裝領域已經走在了行業前列,其手機產品中采用到系統級封裝的元器件幾乎占到了整個產品的一半,剩下的一半為晶圓級封裝。模塊化產品設計已經成為蘋果公司的標配;他的這一動作,為封裝行業的發展指明了道路,也影響了行業的產品設計走向,目前三星、華為、索尼、小米等企業也在慢慢往系統級封裝領域靠攏。

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系統級封裝技術可以解決目前我們遇到的很多問題,其優勢也是越來越明顯,如產品設計的小型化、功能豐富化、產品可靠性等,產品制造也越來越極致,尤為重要的是,提高了生產效率,并大幅降低了生產成本。未來,系統級封裝將在小型化、高密度封裝、散熱方面發揮越來越重要的作用。當然,難點也是存在的,系統級封裝的實現,需要各節點所有技術,而不是某一技術所能實現的,這對封裝企業來說,就需要有足夠的封裝技術積累及可靠的封裝平臺支撐,如高密度模組技術、晶圓級封裝技術等。而且,針對不同產品,封裝技術也不同,如手機的RF模塊,其上集成了不同的芯片、不同的元器件等,每一種元件對封裝的要求都不一樣,這就要求封裝企業要有足夠的技術和經驗來應對。 5G高速通信封裝當下,與系統級封裝技術緊密相連的應用正是5G通信。5G的標準有三大塊:5G毫米波、6GHz的5G技術、5G IOT,它們都要求端對端高速連接,進而要求產品要具備較高的頻率,當然也會造成因波長變短而衍生的新問題,如5G手機的噪聲將會變大,這只能通過將天線與手機芯片直接集成來解決,這本質上就是系統級封裝在特定領域的應用。正因為5G時代即將到來,封裝企業針對5G封裝技術的開發,正處于激烈的競爭階段。目前不同的企業,其封裝技術也不一樣,如陶瓷晶圓級技術方案等。在5G封裝應用中,電磁輻射的影響也亟需解決。5G產品的MIMO有很多不同的元件需要同步工作,這會造成嚴重的電磁干擾,電磁屏蔽無可避免。目前行業主要提供有腔體屏蔽、半屏蔽以及全屏蔽三種方案。

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內存封裝內存需求依然火爆,目前半導體行業實現的增長中,絕大部分與內存有關,因此,封裝企業也非常關注內存領域產品的封裝。從技術角度看,目前存儲封裝主要是堆疊技術,但隨著要求越來越高,Flip Chip、TSV等封裝技術將會被越來越多地應用到內存封裝上來,包括晶圓級封裝Fan-Out方案。除了專門的內存封測企業,長電科技等通用的封測企業也會越來越多涉及內存封測,堆疊超薄、隱形切割等技術也將會更多地得到應用。由于摩爾定律走向困難期,存儲封裝更多地引入了3D封裝技術,有效解決了2D技術中不大容易被解決的問題,通過該技術,目前已經成功封測出了存儲空間高達1TB的內存產品。

注:本文內容來自江蘇長電科技高級副總裁梁新夫先生在2018年IC設計年會的演講,芯師爺對其內容做了部分編輯,感謝梁新夫先生。

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