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【兆恒機械】半導(dǎo)體封測主流技術(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)展歷程來看,包括封測行業(yè)在內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要由幾類代表性產(chǎn)品所驅(qū)動。在上世紀(jì)80年代中期,由計算機主機和臺式電腦推動發(fā)展;這一時期,筆記本電腦的發(fā)展勢頭也開始慢慢展現(xiàn)。而到了上世紀(jì)90年代中期,筆記本電腦就成為了整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動主力。待進入千禧之年,以手機為代表的移動通訊產(chǎn)品開始引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品并高速成長,并成為當(dāng)下半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動代表。封測行業(yè)正是伴隨這些時代的產(chǎn)品升級而獲得了巨大發(fā)展。

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下一個驅(qū)動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)繼續(xù)繁榮的代表產(chǎn)品又是什么呢?目前主流觀點認為,數(shù)據(jù)運算時代將會成為當(dāng)下的驅(qū)動主力,這是因為在端對端的應(yīng)用中,如手機平臺、汽車平臺、智能制造、智能家居等,將會構(gòu)建邊緣云計算的龐大網(wǎng)絡(luò),形成端應(yīng)用,這就需要龐大的大數(shù)據(jù)運算能力,離不開5G、AI、云計算等技術(shù)的支撐。面對新的產(chǎn)業(yè)變化,封測行業(yè)該如何應(yīng)對?需要哪些新的技術(shù)來匹配發(fā)展?云端應(yīng)用需要非常寬的帶寬,我們知道,摩爾定律及先進制程一直在推動半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,封裝行業(yè)也需要新的技術(shù)來支持新的封裝需求,如高性能2.5D/3D封裝技術(shù)、晶圓級封裝技術(shù)、高密度SiP系統(tǒng)級封裝技術(shù)、高速5G通訊技術(shù)以及內(nèi)存封裝技術(shù)等,這些將會成為接下來封裝行業(yè)跟進產(chǎn)業(yè)潮流的主流技術(shù)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(tǒng)的2.5D封裝提供轉(zhuǎn)接板工藝開始,深入開發(fā)及提供低成本方案,比如長電科技的UFOs基板技術(shù),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(chǎn)品的性價比。

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晶圓級封裝技術(shù)晶圓級封裝技術(shù)應(yīng)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(shù)還可以用來實現(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)下晶圓級封裝技術(shù)中的熱門,這需要利用晶圓級平臺來實現(xiàn),星科金鵬推出的eWLB正是Fan-Out技術(shù)方案之一,DECA和近幾年臺積電采用的InFo也是行業(yè)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(shù),使用領(lǐng)域廣泛;而FO-ECP為長電科技專門開發(fā)的新技術(shù),能對封裝體提供支持,側(cè)重于尺寸比較小的產(chǎn)品的封裝,主要面對消費級、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),可在晶圓層面實現(xiàn)局部優(yōu)化,通過互聯(lián)技術(shù),將不同的芯片結(jié)合在一起。    20181211_14-4.jpg

系統(tǒng)級封裝集成SiP

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系統(tǒng)級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)動力主要來自兩個方面,一是摩爾定律邁向收官階段,行業(yè)的發(fā)展越來越困難;值得慶幸的是,目前有消息稱,基于硅基技術(shù),摩爾定律有望延后到2040年才會終結(jié),當(dāng)然,越往后,每一次技術(shù)進步所付出的成本會越來越高。另一方面就是通過系統(tǒng)級封裝集成技術(shù)來實現(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)運用起來,形成封裝系統(tǒng)集成。目前蘋果產(chǎn)品在系統(tǒng)級封裝領(lǐng)域已經(jīng)走在了行業(yè)前列,其手機產(chǎn)品中采用到系統(tǒng)級封裝的元器件幾乎占到了整個產(chǎn)品的一半,剩下的一半為晶圓級封裝。模塊化產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)成為蘋果公司的標(biāo)配;他的這一動作,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)級封裝領(lǐng)域靠攏。

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系統(tǒng)級封裝技術(shù)可以解決目前我們遇到的很多問題,其優(yōu)勢也是越來越明顯,如產(chǎn)品設(shè)計的小型化、功能豐富化、產(chǎn)品可靠性等,產(chǎn)品制造也越來越極致,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,系統(tǒng)級封裝將在小型化、高密度封裝、散熱方面發(fā)揮越來越重要的作用。當(dāng)然,難點也是存在的,系統(tǒng)級封裝的實現(xiàn),需要各節(jié)點所有技術(shù),而不是某一技術(shù)所能實現(xiàn)的,這對封裝企業(yè)來說,就需要有足夠的封裝技術(shù)積累及可靠的封裝平臺支撐,如高密度模組技術(shù)、晶圓級封裝技術(shù)等。而且,針對不同產(chǎn)品,封裝技術(shù)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(yè)要有足夠的技術(shù)和經(jīng)驗來應(yīng)對。 5G高速通信封裝當(dāng)下,與系統(tǒng)級封裝技術(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,它們都要求端對端高速連接,進而要求產(chǎn)品要具備較高的頻率,當(dāng)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(zhì)上就是系統(tǒng)級封裝在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。正因為5G時代即將到來,封裝企業(yè)針對5G封裝技術(shù)的開發(fā),正處于激烈的競爭階段。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,這會造成嚴(yán)重的電磁干擾,電磁屏蔽無可避免。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)實現(xiàn)的增長中,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,目前存儲封裝主要是堆疊技術(shù),但隨著要求越來越高,F(xiàn)lip Chip、TSV等封裝技術(shù)將會被越來越多地應(yīng)用到內(nèi)存封裝上來,包括晶圓級封裝Fan-Out方案。除了專門的內(nèi)存封測企業(yè),長電科技等通用的封測企業(yè)也會越來越多涉及內(nèi)存封測,堆疊超薄、隱形切割等技術(shù)也將會更多地得到應(yīng)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(shù),有效解決了2D技術(shù)中不大容易被解決的問題,通過該技術(shù),目前已經(jīng)成功封測出了存儲空間高達1TB的內(nèi)存產(chǎn)品。