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火是有道理的 扇出型封装技术及其优势详解

导读: 2013-2014年,扇出型晶圆级封装面临来自其它封装技术的激烈竞争,如晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。英特尔移动放弃了该项技术,2014年主要制造商也降低了封装价格,由此市场进入低增长率的过渡阶段。

2017年依然炙手可热的扇出型封装行业

新年伊始,两起先进封装行业的并购已经曝光:维易科(Veeco)签订了8.15亿美元收购优特(Ultratech)的协议,安靠(Amkor Technology)将收购Nanium(未公开交易价值)。Ultratech是扇出型封装光刻设备的市场领导者,Veeco此次交易将有助巩固其在先进封装市场的地位,并丰富光刻机台的产品组合。Amkor交易案将带来双赢的局面:对于Amkor来讲,欧洲公司Nanium在内嵌式晶圆级球栅阵列(eWLB)生产中积累了近10年的晶圆级封装经验,收购Nanium将有助Amkor这家美国巨头完善在扇出型封装方面的专业知识;对Nanium而言,作为欧洲最大的外包半导体组装与测试(OSAT)服务供应商,将获得更多的资金和OSAT业内的影响力,因而可以和亚洲龙头企业竞争。

两起并购案预示了在2016年已经热起来的扇出型封装行业将继续保持火热态势。设备商Veeco、封装测试供应商(Amkor、日月光、星科金朋)、晶圆代工厂(TSMC和GLOBALFOUNDRIES)等等都在此布局。那么,究竟什么是扇出型封装行业?扇出型封装有什么独特的优势?

七年发展之路,台积电成功量产InFO带来了扇出型封装的“春天”

2009-2010年期间,扇出型晶圆级封装(Fan-Out Wafer Level Packaging, FOWLP)开始商业化量产,初期主要由英特尔移动(Intel Mobile)推动。但是,扇出型晶圆级封装被限制于一个狭窄的应用范围:手机基带芯片的单芯片封装,并于2011年达到市场极限。2012年,大型无线/移动Fabless厂商开始进行技术评估和导入,并逐步实现批量生产。

2013-2014年,扇出型晶圆级封装面临来自其它封装技术的激烈竞争,如晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。英特尔移动放弃了该项技术,2014年主要制造商也降低了封装价格,由此市场进入低增长率的过渡阶段。

2016年,TSMC在扇出型晶圆级封装领域开发了集成扇出型(Integrated Fan-Out, InFO)封装技术用于苹果iPhone 7系列手机的A10应用处理器。苹果和TSMC强强联手,将发展多年的扇出型封装技术带入了量产,其示范作用不可小觑,扇出型封装行业的“春天”终于到来!

火是有道理的 扇出型封装技术及其优势详解

扇出型封装技术的发展历史

扇出型封装技术及优势详解

从技术特点上看,晶圆级封装主要分为扇入型(Fan-in)和扇出型(Fan-out)两种。传统的WLP封装多采Fan-in型态,应用于引脚数量较少的IC。但伴随IC信号输出引脚数目增加,对焊球间距(Ball Pitch)的要求趋于严格,加上印刷电路板(PCB)构装对于IC封装后尺寸以及信号输出引脚位置的调整需求,扇出型封装方式应运而生。扇出型封装采取拉线出来的方式,可以让多种不同裸晶,做成像WLP工艺一般埋进去,等于减一层封装,假设放置多颗裸晶,等于省了多层封装,从而降低了封装尺寸和成本。各家厂商的扇出型封装技术各有差异,在本文以台积电的集成扇出型晶圆级封装(integrated fan out WLP,以下简称InFO)进行详细介绍。

台积电在2014年宣传InFO技术进入量产准备时,称重布线层(RDL)间距(pitch)更小(如10微米),且封装体厚度更薄。

火是有道理的 扇出型封装技术及其优势详解

台积电InFO技术实现封装厚度250um,RDL间距10um

火是有道理的 扇出型封装技术及其优势详解

台积电InFO剖面图

InFO给予了多个芯片集成封装的空间,比如:8mm x 8mm平台可用于射频和无线芯片的封装,15mm x 15mm可用于应用处理器和基带芯片封装,而更大尺寸如25mm x 25mm用于图形处理器和网络等应用的芯片封装。

火是有道理的 扇出型封装技术及其优势详解

InFO适用多种可穿戴类设备

相比倒装芯片球栅格阵列(FC-BGA)封装,InFO优势非常明显。对于无源器件如电感、电容等,InFO技术在塑封成型时衬底损耗更低,电气性能更优秀,外形尺寸更小,带来的好处则是热性能更佳,在相同的功率分配下工作温度更低,或者说相同的温度分布时InFO的电路运行速度更快。

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