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半導體封測主流技術及發(fā)展方向分析

2018-12-19
關鍵詞: 半導體 封測

  近幾年,中國半導體產業(yè)繼續(xù)維持高速增長態(tài)勢,增長率超過了20%;IC設計、封測、晶圓制造以及功率器件是為4大推動主力。

  其中,封測行業(yè)在過去十多年中,因成本比較高,主要靠量推動發(fā)展,并是過去我國半導體產業(yè)4大推動力中產值最高的一塊。

  不過,近兩年來,我國的IC設計行業(yè)獲得了巨大發(fā)展,2018年其產業(yè)營收已經超過了2500億人民幣規(guī)模,超過了封測產業(yè)的產值,未來還將繼

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  從行業(yè)發(fā)展歷程來看,包括封測行業(yè)在內的半導體產業(yè)主要由幾類代表性產品所驅動。在上世紀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。而到了上世紀90年代中期,筆記本電腦就成為了整個半導體產業(yè)的驅動主力。待進入千禧之年,以手機為代表的移動通訊產品開始引領半導體產業(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品并高速成長,并成為當下半導體產業(yè)發(fā)展的驅動代表。封測行業(yè)正是伴隨這些時代的產品升級而獲得了巨大發(fā)展。

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  下一個驅動半導體產業(yè)繼續(xù)繁榮的代表產品又是什么呢?目前主流觀點認為,數據運算時代將會成為當下的驅動主力,這是因為在端對端的應用中,如手機平臺、汽車平臺、智能制造、智能家居等,將會構建邊緣云計算的龐大網絡,形成端應用,這就需要龐大的大數據運算能力,離不開5G、AI、云計算等技術的支撐。

  面對新的產業(yè)變化,封測行業(yè)該如何應對?需要哪些新的技術來匹配發(fā)展?

  云端應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體行業(yè)的發(fā)展,封裝行業(yè)也需要新的技術來支持新的封裝需求,如高性能2.5D/3D封裝技術、晶圓級封裝技術、高密度SiP系統(tǒng)級封裝技術、高速5G通訊技術以及內存封裝技術等,這些將會成為接下來封裝行業(yè)跟進產業(yè)潮流的主流技術及方向。

  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,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,并提高產品的性價比。

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  晶圓級封裝技術

  晶圓級封裝技術應用非常廣泛,成長也非常迅速,目前可以做到8英寸、12英寸多層封裝。該技術還可以用來實現Remain封裝,可以很好地提高產品的可靠性。

  其中,Fan-Out技術是當下晶圓級封裝技術中的熱門,這需要利用晶圓級平臺來實現,星科金鵬推出的eWLB正是Fan-Out技術方案之一,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,使用領域廣泛;而FO-ECP為長電科技專門開發(fā)的新技術,能對封裝體提供支持,側重于尺寸比較小的產品的封裝,主要面對消費級、功率器件領域產品。

  當然,利用Fan-Out方案也可以為高密度芯片互聯(lián)結構設計提供支持,這是一種偏向于芯片工藝的封裝技術,可在晶圓層面實現局部優(yōu)化,通過互聯(lián)技術,將不同的芯片結合在一起。

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  系統(tǒng)級封裝集成SiP

  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,其驅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,摩爾定律有望延后到2040年才會終結,當然,越往后,每一次技術進步所付出的成本會越來越高。另一方面就是通過系統(tǒng)級封裝集成技術來實現更為精密的生產制造,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,將現有的技術運用起來,形成封裝系統(tǒng)集成。

  目前蘋果產品在系統(tǒng)級封裝領域已經走在了行業(yè)前列,其手機產品中采用到系統(tǒng)級封裝的元器件幾乎占到了整個產品的一半,剩下的一半為晶圓級封裝。模塊化產品設計已經成為蘋果公司的標配;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)的產品設計走向,目前三星、華為、索尼、小米等企業(yè)也在慢慢往系統(tǒng)級封裝領域靠攏。

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  系統(tǒng)級封裝技術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,如產品設計的小型化、功能豐富化、產品可靠性等,產品制造也越來越極致,尤為重要的是,提高了生產效率,并大幅降低了生產成本。

  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。當然,難點也是存在的,系統(tǒng)級封裝的實現,需要各節(jié)點所有技術,而不是某一技術所能實現的,這對封裝企業(yè)來說,就需要有足夠的封裝技術積累及可靠的封裝平臺支撐,如高密度模組技術、晶圓級封裝技術等。

  而且,針對不同產品,封裝技術也不同,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)要有足夠的技術和經驗來應對。

  5G高速通信封裝

  當下,與系統(tǒng)級封裝技術緊密相連的應用正是5G通信。5G的標準有三大塊:5G毫米波、<6GHz的5G技術、5G IOT,它們都要求端對端高速連接,進而要求產品要具備較高的頻率,當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,這本質上就是系統(tǒng)級封裝在特定領域的應用。

  正因為5G時代即將到來,封裝企業(yè)針對5G封裝技術的開發(fā),正處于激烈的競爭階段。目前不同的企業(yè),其封裝技術也不一樣,如陶瓷晶圓級技術方案等。

  在5G封裝應用中,電磁輻射的影響也亟需解決。5G產品的MIMO有很多不同的元件需要同步工作,這會造成嚴重的電磁干擾,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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  內存封裝

  內存需求依然火爆,目前半導體行業(yè)實現的增長中,絕大部分與內存有關,因此,封裝企業(yè)也非常關注內存領域產品的封裝。

  從技術角度看,目前存儲封裝主要是堆疊技術,但隨著要求越來越高,Flip Chip、TSV等封裝技術將會被越來越多地應用到內存封裝上來,包括晶圓級封裝Fan-Out方案。

  除了專門的內存封測企業(yè),長電科技等通用的封測企業(yè)也會越來越多涉及內存封測,堆疊超薄、隱形切割等技術也將會更多地得到應用。

  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,有效解決了2D技術中不大容易被解決的問題,通過該技術,目前已經成功封測出了存儲空間高達1TB的內存產品。

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