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2019-07-30

113彩票封测产业(三)-波峰焊助焊剂合明科技

发布者:合明科技 ; 浏览次数:284

中国半导体封测产业(三)-113彩票剂合明科技


文章来源:EETOP

文章关键词导读:半导体封测、IC芯片


五、几种先进封装技术以及其应用

(一)芯片倒装技术FC-当前先进封装产业的半壁江山

FC作为最早出现的先进封装技术,和传统封装相比的优势在于以下三点:

(1)热学性能优越,提高了散热能力:芯片背面可以有效进行冷却,最短回路带来的低热阻的散热盘。

(2)电学性能增强:接触电阻降低,提高频率,高达10-40GHz。

(3)尺寸缩减,功能增强:增加I/O数量,提高了可靠性。

FC技术是将芯片通过Bump与基板相连,因为将芯片翻转过来使凸块与基板直接连结而得其名,将芯片有源区面对着基板,通过芯片上呈阵列排列的焊料凸块实现芯片与基板的互联,无需引线键合。

图11.芯片倒装FC的流程图


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数据来源:维基百科,华夏幸福产业研究院


Bump是FC与PCB电连接的唯一通道,也是FC技术中关键环节。Bump分为焊料和非焊料两大类,按照按制作方法分为焊料凸点、金凸点、聚合物凸点。凸点工艺直接影响到倒装技术的可行性和性能的可靠性。焊锡球(Solderball)是最常见的凸点材料,但是根据不同的需求,金、银、铜、钴也作为选择。对于高密度的互联及细间距的应用,铜柱(CuPillar)是一种新型的选择。连接时,焊锡球会扩散变形,而铜柱会很好的保持其原始形态,因此铜柱可用于更密集的封装,铜柱技术目前发展最为迅速。

图12.Bump凸点示意图—Solder和Cu Pillar两种类型


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数据来源:ASM Pacific Technology,华夏幸福产业研究院


图13.晶圆级焊球转移技术(Wafer Level Solder Sphere Transfer)


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数据来源:PacTech,华夏幸福产业研究院






图14.焊球喷射技术(Solder Sphere Jetting)


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数据来源:PacTech,华夏幸福产业研究院

根据Yole数据,采用FC技术的集成电路出货量将保持稳定增长,预计晶圆产能将以9.8%的复合年增长率扩张,到2020年12寸晶圆达到2800万片。FC技术终端应用主要为计算类芯片,如台式机和笔记本电脑的CPU、GPU和芯片组应用等。


图15.FC市场按凸点类型发展趋势(百分比/万片)


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数据来源:Yole,CICC,华夏幸福产业研究院


(二)晶圆级封装PIWLP、POWLP---向微型化、高效率方向发展

常规的芯片封装流程是先将整片晶圆切割为小晶粒再进行封装测试,而晶圆级封装技术(WLP)是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术,封装后的芯片尺寸与裸片完全一致。晶圆级封装具备两大优势:

(1)将芯片I/O分布在IC芯片的整个表面,使得芯片尺寸达到微型化极限。

(2)直接在晶圆片上对众多芯片封装、老化、测试,从而减少常规工艺流程,提高封装效率。


图16.常规晶圆封装(上)和晶圆级封装(下)示意图


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数据来源:Semiconductor Engineering,华夏幸福产业研究院


PIWLP:由于引脚全部位于芯片下方,I/O数受到限制,称为晶圆级芯片尺寸封装WLCSP或扇入型晶圆级封装FILWLP。特征是封装尺寸与晶粒同大小,目前多用于低引脚数消费类芯片。

随着集成电路信号I/O数目的增加,焊球的尺寸减小,PCB对集成电路封装后尺寸以及信号输出接脚位置的调整需求得不到满足,因此衍生出了POWLP。

POWLP:Fan-Out技术是指通过再分布层(RDL)将I/O凸块扩展至芯片周边,在满足I/O数增大的前提下又不至于使焊球间距过小而影响PCB工艺,此外采用RDL层布线代替了传统IC封装所需的IC载板,这大幅降低整体封装厚度,满足智能手机对厚度的需求。


图17.Fan-In(上)和Fan-out(下)示意图


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数据来源:IEEE,华夏幸福产业研究院


图18.Fan-out技术在智能手机中的应用


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数据来源:Yole,华夏幸福产业研究院


FIWLP与FOWLP用途不同,均为今后的主流封装手段。FIWLP主要是用于模拟和混合信号芯片中,无线互联、CMOS图像传感器中部分也采用FIWLP技术封装。FOWLP将主要用于移动设备的处理器芯片中。此外,高密度FOWLP在其他处理芯片中也有很大市场,如AI、机器学习、物联网等领域。

(三)TSV封装—3D IC封装的翘楚

TSV实现了贯穿整个芯片厚度的垂直电气连接,更开辟了芯片上下表面之间的最短通路。TSV封装具有电气互连性更好、带宽更宽、互连密度更高、功耗更低、尺寸更小、质量更轻等优点。


图19.TSV示意图


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数据来源:IEEE,华夏幸福产业研究院


TSV简称硅通孔技术,是3D IC中堆叠芯片实现互联的一种新的技术解决方案:硅晶圆上以蚀刻或激光方式钻孔(制程又可分为先钻孔,中钻孔,后钻孔三种),再以导电材料如铜、多晶硅、钨等物质填满。


图20.TSV应用场景


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数据来源:Yole,华夏幸福产业研究院


TSV技术最早在CMOS与MEMS中被应用,在FPGA、存储器、传感器等领域正在进行推广,未来在光电以及逻辑器件中也将被应用。3D存储芯片封装以及手机端将是TSV技术应用最广泛的地方。根据Yole预测,2016~2021年,应用TSV技术的晶圆数量将以10%的年复合增长率增长。



图21.TSV和3DIC技术演进路径


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数据来源:Yole,华夏幸福产业研究院


(四)SiP封装—系统级封装突破

和前三种技术不同,SiP实现了半导体产品级的封装突破。SiP即系统级封装是对不同芯片进行并排或叠加的封装方式,叠加的芯片可以是多个具有不同功能的有源电子元件与无源器件,也可以是MEMS或者光学器件,封装在一起之后成为可以实现一定功能的标准封装件,或者是形成一个系统。


图23.摩尔定律和超越摩尔定律


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数据来源:ITRS,华夏幸福产业研究院


摩尔定律逐步放缓,半导体行业目前步入后摩尔时代。ITRS指出SoC与SiP都可以让集成电路达到更高性能、更低成本的方式。SoC系统级芯片,是芯片内不同功能的电路高度集成的芯片级产品。SiP既保持了芯核资源和半导体生产工艺的优势,又可以有效突破SoC在整合芯片过程中的限制,克服了SOC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等困难,大幅降低设计端和制造端成本,同时具备定制化的灵活性。


图24.SiP和SOC对比


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数据来源:ITRS,华夏幸福产业研究院


SiP封装应用广泛,包括无线通讯、汽车电子、医疗电子、计算机、军用电子等。SiP在无线通信领域的应用最早,也是应用最为广泛的领域。

目前,智能手机是SiP封装最大的市场,随着智能手机越做越轻薄,对于SiP的需求继续提高。以iPhone6s为例,已大幅缩减PCB的使用量,很多芯片元件都会做到SiP模块里,而到了iPhoneX,SiP封装使用达到前所未有的水平,包含18个滤波器在内的近30颗芯片(RF以及触控等芯片)。此外,Apple Watch从第一款到最新款一直采用SiP封装。


图25.iPhoneX中SiP封装组件


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数据来源:System Plus,华夏幸福产业研究院



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