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【兆恒機(jī)械】半導(dǎo)體封測(cè)主流技術(shù)及發(fā)展方向分析

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  • 添加日期:2021年11月24日

從行業(yè)發(fā)展歷程來(lái)看,包括封測(cè)行業(yè)在內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要由幾類(lèi)代表性產(chǎn)品所驅(qū)動(dòng)。在上世紀(jì)80年代中期,由計(jì)算機(jī)主機(jī)和臺(tái)式電腦推動(dòng)發(fā)展;這一時(shí)期,筆記本電腦的發(fā)展勢(shì)頭也開(kāi)始慢慢展現(xiàn)。而到了上世紀(jì)90年代中期,筆記本電腦就成為了整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動(dòng)主力。待進(jìn)入千禧之年,以手機(jī)為代表的移動(dòng)通訊產(chǎn)品開(kāi)始引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高速成長(zhǎng)。在2010年之后,集各種功能于一體的智能手機(jī)取代了上一代產(chǎn)品并高速成長(zhǎng),并成為當(dāng)下半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)代表。封測(cè)行業(yè)正是伴隨這些時(shí)代的產(chǎn)品升級(jí)而獲得了巨大發(fā)展。

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下一個(gè)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)繼續(xù)繁榮的代表產(chǎn)品又是什么呢?目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為,數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)代將會(huì)成為當(dāng)下的驅(qū)動(dòng)主力,這是因?yàn)樵诙藢?duì)端的應(yīng)用中,如手機(jī)平臺(tái)、汽車(chē)平臺(tái)、智能制造、智能家居等,將會(huì)構(gòu)建邊緣云計(jì)算的龐大網(wǎng)絡(luò),形成端應(yīng)用,這就需要龐大的大數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,離不開(kāi)5G、AI、云計(jì)算等技術(shù)的支撐。面對(duì)新的產(chǎn)業(yè)變化,封測(cè)行業(yè)該如何應(yīng)對(duì)?需要哪些新的技術(shù)來(lái)匹配發(fā)展?云端應(yīng)用需要非常寬的帶寬,我們知道,摩爾定律及先進(jìn)制程一直在推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,封裝行業(yè)也需要新的技術(shù)來(lái)支持新的封裝需求,如高性能2.5D/3D封裝技術(shù)、晶圓級(jí)封裝技術(shù)、高密度SiP系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)、高速5G通訊技術(shù)以及內(nèi)存封裝技術(shù)等,這些將會(huì)成為接下來(lái)封裝行業(yè)跟進(jìn)產(chǎn)業(yè)潮流的主流技術(shù)及方向。2.5D/3D先進(jìn)封裝集成目前,需要從FcBGA等平臺(tái)上提供最大的封裝尺寸,從傳統(tǒng)的2.5D封裝提供轉(zhuǎn)接板工藝開(kāi)始,深入開(kāi)發(fā)及提供低成本方案,比如長(zhǎng)電科技的UFOs基板技術(shù),既可以替代原來(lái)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(chǎn)品的性?xún)r(jià)比。

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晶圓級(jí)封裝技術(shù)晶圓級(jí)封裝技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,成長(zhǎng)也非常迅速,目前可以做到8英寸、12英寸多層封裝。該技術(shù)還可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)Remain封裝,可以很好地提高產(chǎn)品的可靠性。其中,F(xiàn)an-Out技術(shù)是當(dāng)下晶圓級(jí)封裝技術(shù)中的熱門(mén),這需要利用晶圓級(jí)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn),星科金鵬推出的eWLB正是Fan-Out技術(shù)方案之一,DECA和近幾年臺(tái)積電采用的InFo也是行業(yè)重要的晶圓級(jí)Fan-Out封裝方案。eWLB和FO-ECP是長(zhǎng)電科技目前施行的主要方案,其中eWLB屬于通用級(jí)技術(shù),使用領(lǐng)域廣泛;而FO-ECP為長(zhǎng)電科技專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的新技術(shù),能對(duì)封裝體提供支持,側(cè)重于尺寸比較小的產(chǎn)品的封裝,主要面對(duì)消費(fèi)級(jí)、功率器件領(lǐng)域產(chǎn)品。當(dāng)然,利用Fan-Out方案也可以為高密度芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供支持,這是一種偏向于芯片工藝的封裝技術(shù),可在晶圓層面實(shí)現(xiàn)局部?jī)?yōu)化,通過(guò)互聯(lián)技術(shù),將不同的芯片結(jié)合在一起。    20181211_14-4.jpg

系統(tǒng)級(jí)封裝集成SiP

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系統(tǒng)級(jí)封裝是目前各封裝企業(yè)著力發(fā)展的重要技術(shù),其驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面,一是摩爾定律邁向收官階段,行業(yè)的發(fā)展越來(lái)越困難;值得慶幸的是,目前有消息稱(chēng),基于硅基技術(shù),摩爾定律有望延后到2040年才會(huì)終結(jié),當(dāng)然,越往后,每一次技術(shù)進(jìn)步所付出的成本會(huì)越來(lái)越高。另一方面就是通過(guò)系統(tǒng)級(jí)封裝集成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更為精密的生產(chǎn)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(shù),將現(xiàn)有的技術(shù)運(yùn)用起來(lái),形成封裝系統(tǒng)集成。目前蘋(píng)果產(chǎn)品在系統(tǒng)級(jí)封裝領(lǐng)域已經(jīng)走在了行業(yè)前列,其手機(jī)產(chǎn)品中采用到系統(tǒng)級(jí)封裝的元器件幾乎占到了整個(gè)產(chǎn)品的一半,剩下的一半為晶圓級(jí)封裝。模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)成為蘋(píng)果公司的標(biāo)配;他的這一動(dòng)作,為封裝行業(yè)的發(fā)展指明了道路,也影響了行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)走向,目前三星、華為、索尼、小米等企業(yè)也在慢慢往系統(tǒng)級(jí)封裝領(lǐng)域靠攏。

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系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)可以解決目前我們遇到的很多問(wèn)題,其優(yōu)勢(shì)也是越來(lái)越明顯,如產(chǎn)品設(shè)計(jì)的小型化、功能豐富化、產(chǎn)品可靠性等,產(chǎn)品制造也越來(lái)越極致,尤為重要的是,提高了生產(chǎn)效率,并大幅降低了生產(chǎn)成本。未來(lái),系統(tǒng)級(jí)封裝將在小型化、高密度封裝、散熱方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。當(dāng)然,難點(diǎn)也是存在的,系統(tǒng)級(jí)封裝的實(shí)現(xiàn),需要各節(jié)點(diǎn)所有技術(shù),而不是某一技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的,這對(duì)封裝企業(yè)來(lái)說(shuō),就需要有足夠的封裝技術(shù)積累及可靠的封裝平臺(tái)支撐,如高密度模組技術(shù)、晶圓級(jí)封裝技術(shù)等。而且,針對(duì)不同產(chǎn)品,封裝技術(shù)也不同,如手機(jī)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(duì)封裝的要求都不一樣,這就要求封裝企業(yè)要有足夠的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)應(yīng)對(duì)。 5G高速通信封裝當(dāng)下,與系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)緊密相連的應(yīng)用正是5G通信。5G的標(biāo)準(zhǔn)有三大塊:5G毫米波、6GHz的5G技術(shù)、5G IOT,它們都要求端對(duì)端高速連接,進(jìn)而要求產(chǎn)品要具備較高的頻率,當(dāng)然也會(huì)造成因波長(zhǎng)變短而衍生的新問(wèn)題,如5G手機(jī)的噪聲將會(huì)變大,這只能通過(guò)將天線(xiàn)與手機(jī)芯片直接集成來(lái)解決,這本質(zhì)上就是系統(tǒng)級(jí)封裝在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。正因?yàn)?G時(shí)代即將到來(lái),封裝企業(yè)針對(duì)5G封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā),正處于激烈的競(jìng)爭(zhēng)階段。目前不同的企業(yè),其封裝技術(shù)也不一樣,如陶瓷晶圓級(jí)技術(shù)方案等。在5G封裝應(yīng)用中,電磁輻射的影響也亟需解決。5G產(chǎn)品的MIMO有很多不同的元件需要同步工作,這會(huì)造成嚴(yán)重的電磁干擾,電磁屏蔽無(wú)可避免。目前行業(yè)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(nèi)存封裝內(nèi)存需求依然火爆,目前半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)的增長(zhǎng)中,絕大部分與內(nèi)存有關(guān),因此,封裝企業(yè)也非常關(guān)注內(nèi)存領(lǐng)域產(chǎn)品的封裝。從技術(shù)角度看,目前存儲(chǔ)封裝主要是堆疊技術(shù),但隨著要求越來(lái)越高,F(xiàn)lip Chip、TSV等封裝技術(shù)將會(huì)被越來(lái)越多地應(yīng)用到內(nèi)存封裝上來(lái),包括晶圓級(jí)封裝Fan-Out方案。除了專(zhuān)門(mén)的內(nèi)存封測(cè)企業(yè),長(zhǎng)電科技等通用的封測(cè)企業(yè)也會(huì)越來(lái)越多涉及內(nèi)存封測(cè),堆疊超薄、隱形切割等技術(shù)也將會(huì)更多地得到應(yīng)用。由于摩爾定律走向困難期,存儲(chǔ)封裝更多地引入了3D封裝技術(shù),有效解決了2D技術(shù)中不大容易被解決的問(wèn)題,通過(guò)該技術(shù),目前已經(jīng)成功封測(cè)出了存儲(chǔ)空間高達(dá)1TB的內(nèi)存產(chǎn)品。