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作者：火龍果
引言
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和沉淀，半導(dǎo)體芯片封裝技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，如今已有數(shù)百種封裝類型。而在這數(shù)百種封裝類型中，扇出型封裝日益火熱起來(lái)，其更被認(rèn)為是延續(xù)和超越摩爾定律的關(guān)鍵技術(shù)方案。本文，請(qǐng)跟著小為一起了解一下扇出型封裝技術(shù)吧。
1 扇出型（Fan-Out）封裝市場(chǎng)分析
近年來(lái)，隨著5G、AI和loT的普及，推動(dòng)了手機(jī)、平板、電腦、汽車(chē)等多領(lǐng)域發(fā)展，同樣推動(dòng)了封裝技術(shù)的演進(jìn)，對(duì)扇出型封裝需求也越來(lái)越大，根據(jù)Yole 2021年扇出型市場(chǎng)和技術(shù)分析報(bào)告，扇出型封裝增長(zhǎng)勢(shì)頭正旺，2020-2026年CAGR為15.1%，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從2020年14.75億美元增長(zhǎng)至2026年34.25 億美元。其中，移動(dòng)消費(fèi)領(lǐng)域16.13億美元，電信與基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域15.97億美元，汽車(chē)出行領(lǐng)域2.15億美元。
2020-2026年扇出型封裝市場(chǎng)發(fā)展預(yù)期
（圖片來(lái)源：Yole Development）
Core FO, HD FO, UHD FO在I/O以及RDL L/S對(duì)比
（圖片來(lái)源：Yole Development）
2 扇入型封裝和扇出型封裝區(qū)別
談到扇出型（Fan-Out）封裝，必然會(huì)聯(lián)系到扇入型（Fan-In）封裝。扇入型（Fan-In）封裝工藝流程大致描述為，整片晶圓芯片進(jìn)行封裝測(cè)試，之后再切割成單顆芯片，封裝尺寸與芯片尺寸大小相同。
常見(jiàn)的Fan-In(WLCSP)通?？梢苑譃锽OP(Bump On Pad)和RDL(Redistribution Layer)。BOP封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，Bump直接生長(zhǎng)在Al pad上；如果Bump位置遠(yuǎn)離Al pad，則需要通過(guò)RDL將Al pad與Bump相連。
隨著I/O數(shù)量的增加，芯片尺寸無(wú)法容納所有I/O時(shí)，扇出型封裝由此衍生而來(lái)。扇出型封裝基于重組技術(shù)，芯片被切割完畢后，將芯片重新嵌埋到重組載板（8寸，12寸wafer carrier或者600mmX580mm等大尺寸面板），按照與扇入型封裝工藝類似的步驟進(jìn)行封裝測(cè)試，然后將重組載板切割為單顆芯片，芯片外的區(qū)域?yàn)镕an-Out區(qū)域，允許將球放在芯片區(qū)域外。
兩者最大的差異為RDL布線，在扇入型封裝中，RDL向內(nèi)布線，而在扇出型封裝中，RDL既可向內(nèi)又可向外布線，所以扇出型封裝可以實(shí)現(xiàn)更多的I/O。
3 扇出型封裝細(xì)解
扇出型封裝目前存在兩大技術(shù)分支，即扇出型晶圓級(jí)封裝（FOWLP）以及扇出型面板級(jí)封裝（FOPLP）。
FOWLP封裝2009年量產(chǎn)，但彼時(shí)只應(yīng)用于手機(jī)基帶芯片。真正轉(zhuǎn)折點(diǎn)是2016年，iPhone7系列A10處理器采用TSMC基于FOWLP開(kāi)發(fā)的集成扇出型芯片堆疊（Integrated Fan-Out Package on Package, InFO-PoP）封裝，此后扇出型（Fan-Out）封裝成為熱點(diǎn)，各大手機(jī)OEM廠商爭(zhēng)相追求HDFO(High-Density Fan-Out)封裝。
FOWLP與FOPLP工藝對(duì)比
iPhone7系列A10處理器InFO-PoP
（圖片來(lái)源：TSMC）
扇出型封裝技術(shù)演進(jìn)
（圖片來(lái)源：Yole Development）
3.1 FOWLP封裝技術(shù) 
FOWLP封裝技術(shù)主要分為Chip first以及Chip last，而Chip first可再分為Die face up（如Deca Technologies M-Series封裝）以及Die face down（RCP以及eWLB封裝等），Chip last形式又被稱為RDL first，大致封裝流程可參考下圖：
☆Chip first, die face down封裝技術(shù)
飛思卡爾于2006年左右推出重分布封裝（Reconstituted Chip Package:RCP），英飛凌于2007年左右推出嵌入式晶圓級(jí)BGA（Embedded Wafer Level BGA : eWLB）。
RCP與eWLB均為Chip first，dieface down封裝，工藝流程類似，與eWLB不同的是，RCP包括一個(gè)銅框架層，有助于改善wafer molding過(guò)程中芯片偏移，另外可提供電磁屏蔽和散熱。
RCP封裝
eWLB封裝
日月光自研的FOCos（Fan-Out Chip on Substrate）封裝同樣支持Chip first, die face down封裝技術(shù)。
FOCos-CF封裝（圖片來(lái)源：ASE）
☆Chip first, die face up封裝技術(shù)
M-Series封裝技術(shù)由Deca Technologies提出，TSMC于2016年推出的InFO封裝，同樣采用Chip first, die face up封裝技術(shù)。
M-Series封裝
（圖片來(lái)源：Deca Technologies）
Chip first, die face up主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）芯片背面貼DAF重組，貼裝后偏移較??；
（2）芯片背面貼裝，避免了Chip first, face down情況下芯片邊緣由切割引入的不平整貼裝問(wèn)題；
（3）更加平坦化，Wafer molding后進(jìn)行Grinding研磨動(dòng)作，消除了從芯片表面到Molding compound表面的不平整性。
☆ Chip last(or RDL first), die face down封裝形式
2006年左右由NEC Electronics Corporation提出，Amkor于2015年推出的SWIFT（Silicon Wafer Integrated Fan-Out Technology）封裝采用RDL first技術(shù)，RDL線寬線距能力≤2um，μbump pitch 40um，SWIFT封裝可實(shí)現(xiàn)多芯片集成的3D POP封裝以及無(wú)需TSV（TSV-Less）具有成本優(yōu)勢(shì)的HDFO高密度扇出型封裝，適用于高性能CPU/GPU，FPGA，Mobile AP以及Mobile BB等。
Chip last, die face down
SWIFT封裝
（圖片來(lái)源：Amkor Technology）
Fan-In PoP SWIFT
（圖片來(lái)源：Amkor Technology）
SWIFT on Substrate
（圖片來(lái)源：Amkor Technology）
日月光自研的FOCos（Fan-Out Chip on Substrate）封裝同樣支持Chip last, die face down封裝技術(shù)。
FOCos-CL封裝
（圖片來(lái)源：ASE）
Chip last(or RDL first), die face down主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）芯片只會(huì)在合格的RDL上倒裝芯片，可避免芯片損失，適用于高價(jià)格的高端芯片；
（2）芯片通過(guò)倒裝方式直接與RDL連接，消除了芯片偏移問(wèn)題；
（3）超細(xì)RDL線寬線距實(shí)現(xiàn)HDFO，RDL線寬線距能力≤2um。
RDL制作方式可分為3種：第一種方式是通過(guò)PECVD制作SiO2或者SiN介電層以及Cu大馬士革方法制作RDL，RDL線寬線距能力≤2um；第二種方式是通過(guò)Polyimide制作介電層以及電鍍銅制作RDL，RDL線寬線距能力＞2um；第三種方式結(jié)合了前兩種方式，又稱為Hybrid RDL。
Hybrid RDL FOWLP工藝流程
（圖片來(lái)源：Fan-Out Wafer-Level Packaging）
☆FOWLP封裝技術(shù)優(yōu)勢(shì)
☆FOWLP封裝技術(shù)對(duì)比
☆ 支持FOWLP封裝技術(shù)主流公司
目前業(yè)內(nèi)主流封裝廠以及TSMC都基于不同的技術(shù)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出各自的FOWLP技術(shù)，如下圖所示。艾為基于自身產(chǎn)品的特點(diǎn)以及封裝廠的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，很早就已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注FOWLP技術(shù)，并已經(jīng)開(kāi)始在一些產(chǎn)品上采用部分封裝廠的FOWLP技術(shù)，艾為目前采用FOWLP封裝技術(shù)的產(chǎn)品主要應(yīng)用在電壓轉(zhuǎn)換器、音頻功率放大器、負(fù)載開(kāi)關(guān)等。
3.2 FOPLP封裝技術(shù)
FOPLP封裝流程與FOWLP類似，重組載板由8寸/12寸wafer carrier轉(zhuǎn)換為大尺寸面板，以610mmX457mm尺寸面板為例，面積為12寸wafer carrier的3.9倍，單片產(chǎn)出數(shù)量為FOWLP的3.9倍，成本優(yōu)勢(shì)較大。
艾為也對(duì)FOPLP封裝技術(shù)的發(fā)展保持著高度的關(guān)注，目前也已經(jīng)開(kāi)始在部分產(chǎn)品上嘗試FOPLP技術(shù)，在不久的將來(lái)也會(huì)推出基于FOPLP封裝技術(shù)的產(chǎn)品。
根據(jù)Yole對(duì)FOWLP以及FOPLP市場(chǎng)預(yù)測(cè)，F(xiàn)OWLP目前仍為扇出型（Fan-Out）封裝主流，F(xiàn)OPLP正處于平穩(wěn)增長(zhǎng)階段，預(yù)計(jì)市場(chǎng)占有率將由2020年的3%提升至2026年的7%。
2020-2026年FOWLP與FOPLP增加預(yù)測(cè)
（圖片來(lái)源：Yole Development）
4 扇出型封裝展望
扇出型（Fan-Out）封裝等先進(jìn)封裝成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵封裝技術(shù)，也為Chiplet技術(shù)提供了很好的基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)芯片體積微小化以及多芯片高密度集成，扇出型（Fan-Out）封裝關(guān)鍵挑戰(zhàn)點(diǎn)在于更小的微凸塊間距（μbump pitch: 40um-30um-20um-10um），新型鍵合方式（TCB&NCP, TCB&NCF, Hybrid Bonding等），以及更大的互連密度（RDL L/S: 2/2um-1/1um-0.5/0.5um）。
編輯：黃飛
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論