深度分析半导体封装技术趋势,FOPLP前景如何?

深度分析半导体封装技术趋势,FOPLP前景如何?

当尺寸、成本及效能成为终端用户的诉求,具备高度芯片整合能力的先进封装技术则被视为后摩尔时代下延续半导体产业发展的动能。据Yole Development的数据显示,预计2020年,全球半导体市场将高达5025亿美元;先进封装产业2016至2022年的整体营收年复合成长率(CAGR)可达到7%。

“扇出型封装技术是成长最快速的先进封装技术,成长率高达36%。到了2022年,扇出型封装的市场规模预计将会超过30亿美元。而在2018年至2023年,FOPLP的年复合成长率将高达70%以上。”Manz亚智科技总经理林峻生在采访中向芯师爷表示。

Manz亚智科技总经理林峻生

扇出型封装技术的崛起

从发展历程来看,封装技术经历了从金属导线架、打线封装及覆晶封装等历程,但随着摩尔定律极限的逼近,半导体封装产业已面临无法通过微缩芯片的尺寸来提升电子装置效能的窘境,因此扇入型晶圆级封装技术也被开发出来,以便于减少厚度,达到更加小型化的需求,同时可有效降低生产成本。

然而,在扇入型晶圆级封装技术进入市场后不久,便面临着以下挑战:其一,芯片尺寸持续缩小,大尺寸锡球再也无法容纳于芯片的面积内;其二,如果将I/O节点或锡球尺寸缩小,则组装成本会增加不少。

随着I/O数增加,扇入型晶圆级封装技术将面临更多的困难。因此,更先进的扇出型晶圆级封装技术(Fan-Out Wafer LevelPackaging;FOWLP)出现了,其采取扇出型拉线出来的方式,除了可将锡球布在原本的芯片上,也可扩大至扇出型的区域,因此增加I/O数,做出更强大效能的芯片。

与此同时,扇入型晶圆级封装和扇出型晶圆级封装可以不需要载板即可完成封装,等于减一层封装。此外,扇出型封装可以透过RDL以扇出的方式整合更多异质、同质的裸晶在一个封装体中,假设放置多颗裸晶,等于省了多层封装。

对比来看,扇出型封装技术与扇入型封装在结构及性能方面均存在着差异性,具体优势如下:

1、体积更小

不需要封装基板,可满足薄型化封装的需求;透过扇出型封装,可将不同的芯片整合成单一的二维封装体,达到体积薄型化的SiP封装技术,进化了原本需要直通硅晶穿孔将数颗芯片做垂直叠加封装。

2、效能更强大

在相同的芯片尺寸下,可以做到范围更广、层数更多的重分布层,基于这样的变化,芯片的脚数I/O也就变得更多;各种不同功能的芯片透过RDL联结的方式,整合在单一封装体中,其功能性将更加强大。

3、成本更低

该技术能够大幅缩短繁复的制程及减少材料的使用,有效的降低了成本。

在扇出型封装技术中,由于技术路线及应用需求的不同,又分为扇出型晶圆级封装(FOWLP)及扇出型面板级封装(FOPLP)两种。其中,FOPLP相比FOWLP较便宜,目前在高端市场(GPU、CPU、FPGA等)主要用FOWLP技术,其企业代表为台积电;中低端市场(APE、PMIC等)主要以FOPLP技术为主,其企业代表为三星电子、力成科技。

Manz亚智科技资深销售处长简伟铨

“以去年的数据来看,高阶扇出型封装和中低阶扇出型封装的市场规模已极为相近,分别是4.87亿美元和4.95亿美元,预计2024年,高阶扇出型封装的市场规模将高达24.42亿美元,远超中低阶扇出型封装市场。”Manz亚智科技资深销售处长简伟铨表示。

FOPLP的四大挑战

从成本上讲,FOPLP比FOWLP工艺便宜。同时,封装的尺寸越做越大的时候,使用FOPLP相较于FOWLP, 载具的面积使用率可被更有效的利用。但为何目前市场主流依旧是FOWLP封装技术呢?

对此,简伟铨解释道:“ 由于FOPLP尚处于早期阶段,目前仍有许多解决方案仍待研究以提供具有成本效益的生产线,其中印刷电路板及玻璃基板的面板形式是主要的研究方案,但尺寸尚未标准化且还有许多方案正在进行研发。同时,FOPLP封装技术还面临着良率产量、翘曲及设备投入研发、投资回报率等种种挑战。”

针对这些挑战,Manz亚智科技也推出了一系列产品解决方案,如湿法化学制程设备、狭缝式涂布设备、激光钻孔及剥蚀设备、显影设备、黄光微影TRACK LINE产线整合设备及自动化设备等。

“凭借面板产业丰富的经验,从G3.5代到G10.5代,亚智科技都有相应的工艺与之对应。比如目前FOPLP的尺寸走向可能是500mm*500mm或600mm*600mm,亚智科技也有相应的制造设备产品提供。同时,亚智科技也可以针对不同客户对设备尺寸、材料等的不同需求,提供相应的设备产品。”简伟铨补充道。

5G、AI及自动驾驶功不可没

目前,FOPLP主要被用于移动终端产品。但随着5G、人工智能(AI)及自动驾驶等市场的发展,到2020年左右,FOPLP将扩展到尺寸超过15*15的异构集成,模块化和高速数据处理的需求将急剧增长。

FOPLP技术重点之一为同质、异质多芯片整合,这些芯片通过微细铜重布线路层(RDL) 连结的方式整合在单一封装体中,以实现更高密度重布线层(RDL)、更精细线宽/线距。

Manz亚智科技先进封装技术项目经理蔡承佑博士

对于目前的FPD/PCB企业而言,如果想要使用最新的FOPLP封装技术,其设备的更换也成为一大问题。“大部分生产厂商不需要重新更换整套设备,只需要更换最新的电镀设备即可,而这些产品解决方案亚智科技均可提供。”Manz亚智科技先进封装技术项目经理蔡承佑博士表示。

当然,以目前的市场趋势来看,扇出型面板级封装技术还未标准化,产出的产品将会以中低阶为主。但随着工艺的逐渐成熟,产出的产品也会逐渐朝高阶迈入。

对此,蔡承佑总结表示:“亚智科技将会与客户紧密合作,研发高性能的设备,以符合制程需求。比如设立实验线、加速双边的制程讨论等。同时,亚智科技也会与学、研等机构合作,定时交流经验,以加速FOPLP技术的发展。”

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