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FOWLP封装技术10年进化 有望成移动市场首选

导读: 先进封装技术逐渐成为一种商业模式,而不仅是可有可无的选项,再加上10纳米和7纳米制程遇到布线信号上的瓶颈,以及单一个芯片成本暴涨,先进封装技术已蔚为潮流。

  先进封装技术逐渐成为一种商业模式,而不仅是可有可无的选项,再加上10纳米和7纳米制程遇到布线信号(routing signal)上的瓶颈,以及单一个芯片成本暴涨,先进封装技术已蔚为潮流。

  苹果(Apple)iPhone 7采用基于台积电的整合扇出型(InFO)的封装技术,引起媒体广泛的讨论,但实际上封装市场有更多风起云涌的转变。

  TechSearch International总裁Jan Vardaman指出,在iPhone 7内部,主要的印刷电路板(PCB)上包含了43种其他晶圆级(wafer-level)封装,照明电缆和耳机上亦有采用此技术。

  Vardaman透露,联发科和海思的应用处理器(AP)也将跟进采用先进的封装方式,其他业者如大陆手机厂Oppo和Vivo也已经采用其他更新颖的技术。新的封装技术如雨后春笋般出现,重点均在于多元异质模组整合(heterogeneous integration),因为主机板空间越来越壅挤,芯片封装必须设法缩小尺寸。

  在琳琅满目的新技术中,扇出型晶圆级封装(fan-out wafer-level packaging;FOWLP)运作了近10年之后,现在已成为移动市场的首选。第一代扇出型封装是采用英飞凌(Infineon)的嵌入式晶圆级球闸阵列(eWLB)技术,此为2009年由飞思卡尔(Freescale,现为恩智浦)所推出。

  最近艾克尔(Amkor)增加SLIM(silicon-less integrated module)工艺,此技术也有其他不同的分支。

  扇出型封装因为无须中介板,成本比2.5D便宜。对于较高端的应用如网路设备和服务器芯片而言,2.5D现在仍是主流,因为中介板比起其他接合物传输讯号更快速,然而,两者之间的效能差异已逐渐缩小。

  过去数十年来,IC封装主要采用基于焊线接合(wirebond)的技术来延伸引线,此概念也应用到覆晶封装(Flip chip)。相反地,扇出型封装将多个芯片组合进单一封装中,解决了线路雍塞的问题,同时也有缩小数字逻辑功能的好处。

  这些特点对智能手机特别重要,因为手机需要把众多功能放置在很薄的机身上。主动和被动元件组合在同一芯片并且紧密封装一起,形成较短和较快的连结,而且寄生元件使用量也减少。

  扇出型并非新概念,不同的是晶圆级封装(WLP)方式。扇出型晶圆级封装让不同的裸晶以类似WLP制程,将裸晶嵌入模塑料或连接在晶圆上,并在下方填充,之后放入使用物理气相沉积法(PVD)的重分布层(RDL)来配置I/O连结,再铺上介电质薄膜做为绝缘体,以及置入铜凸块等支柱。实际的步骤视不同的封装方式而各异,但关键的变量在于成品率和稳定度。

  就线路和空间而言,扇出型晶圆级封装被视为是2.5D和有机基板系统封装(SiP)两者之间的中间选项。若干业界消息指出,iPhone在RDL上使安装了三层分别是5-5μm、10-10m 和10-10μm。现在每一层利用5-5μm的高密度版本正被开发当中,新科金朋(STATS ChipPAC)和高通(Qualcomm)则着手开发2-2μm技术。

  由于FOWLP小封装技术的特点,大多数应用于移动市场,业者预期市场将更多样化,包括新应用的混搭,以及降低10纳米和7纳米系统单芯片成本的方式。未来FOWLP能否加速推展的关键在于成品率和成本,假使成品率改善且成本下降,FOWLP应用市场将快速扩张。

  成本一向是封装技术的重要因素,阻碍2.5D推广的主要障碍就是成本太高,而中介板则是罪魁祸首,也因此部分业者如eSilicon和三星电子(Samsung Electronics)正在研发有机中介板。

  封装和设备厂长久以即重视封装,但芯片制造业最近才开始采用,部分原因是因为10纳米和7纳米的热能和物理效应,以及布线和讯号完整性的障碍,乃至于处理这些问题所累积的成本不断上升。

  另一方面,由于终端应用市场相当分散,特别是现在有各式各样的装置连结网路,市场需要少量客制化的产品,在此情况下,采用平台的方式格外重要,以便让7纳米逻辑芯片在同一个封装上可与类比芯片搭配,或把多个封装挤在一个电路板上。

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