趣科技 | 先進封裝成摩爾定律核心驅動力，SiP/FOWLP有啥獨特之處？

?

談到我國半導體封裝業(yè)的起源，也許要從 1956 年我國第一只晶體管的誕生說起。半導體封裝與測試業(yè)是中國半導體產業(yè)的重要組成部分，從某種意義上講，我國半導體產業(yè)是從封裝業(yè)開始起家的。???

???????????????????????

本期《趣科技》我們就來說說先進封裝那些事。

半導體封裝技術的發(fā)展日新月異，在進入先進封裝的介紹前，我們先來看看半導體封裝技術的幾大發(fā)展階段：

- 20 世紀 70 年代，主要是通孔插裝型封裝。典型封裝形式有: 金屬圓形(TO 型) 封裝，陶瓷雙列直插封裝( CDIP) ，塑料雙列直插封裝( PDIP) 等；

- 20 世紀 80 年代，主要是表面貼裝型封裝。典型封裝形式有:塑料有引線片式載體封裝(PLCC) 、塑料四邊引線扁平封裝(PQFP) 、塑料小外形封裝(PSoP) 、無引線四邊扁平封裝(PQFN) ；

- 20 世紀 90 年代，以焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、倒裝芯片互連為代表；

- 20 世紀初，以晶圓級封裝(WLP)、系統(tǒng)封裝(SiP)、晶圓減薄、封裝上封裝(POP)、晶圓級堆疊封裝(WSP)，方形扁平無引腳封裝(QFN)、SON、三維立體封裝(3D)為代表；

- 2010 年后，嵌入式硅器件、面對面互連、超薄封裝和穿透硅通孔(TSV)成為封裝時代的新寵。

如今摩爾定律是否會失效成為一個有爭議的話題，但是先進封裝將是摩爾定律的核心驅動力卻是一個公認的結論。先進封裝技術有哪些呢？它們背后又有何推動力？

手機等移動設備推動了芯片尺寸封裝（CSP）、堆疊芯片封裝以及多個封裝在一體的 PoP 封裝應用；高性能處理器、芯片組推動了倒裝芯片封裝（FC）；存儲器、集成無源器件、模擬器件和功率器件推動了晶圓級封裝(WLP)的發(fā)展。先進封裝發(fā)展動力，即是芯片制造商希望能在更小的封裝內集成更加強勁的性能。

Gartner 預測 2020 年全球封測市場可達 314.8 億美元。有一種說法，先進封裝技術有兩大發(fā)展方向，一種是晶圓級芯片封裝(WLCSP，也叫 WLP），在更小的封裝面積下容納更多的引腳數(shù)；一種是系統(tǒng)級芯片封裝（SiP），該封裝整合多種功能芯片于一體，可壓縮模塊體積，提升芯片系統(tǒng)整體功能性和靈活性。

晶圓級芯片封裝

晶圓級封裝主要分為 Fan-in 和 Fan-out 兩種。傳統(tǒng)的 WLP 封裝多采用 Fan-in 型態(tài)，應用于低接腳（Pin）數(shù)的 IC。當芯片面積縮小的同時，芯片可容納的引腳數(shù)減少，因此變化衍生出擴散型（Fan-out）WLP 封裝形態(tài)，實現(xiàn)在芯片范圍外充分利用 RDL 做連接，以此獲取更多的引腳數(shù)。

傳統(tǒng)封裝技術中，晶圓成品被切割為單個芯片，隨后再被粘合并封裝。WLP 則是直接在晶圓的裸晶上進行封裝，即保護層可以被接合到晶圓的頂部或底部，由此制備電連接，隨后再將晶圓分割為單個晶片。采用 WLP 的晶圓側面沒有被涂覆，封裝面積與芯片面積比為 1：1，而且標準工藝封裝成本低，便于晶圓級測試和老化。

WLCSP 是倒裝芯片互連技術的一個變種，自 1998 年可行性的 WLCSP 技術宣布以來，多見于強調輕薄短小特性的可攜式電子產品 IC 封裝應用。

?

自從蘋果在 A10 處理器上采用了臺積電的 FOWLP 技術之后，大家都晶圓級封裝的關注度達到了空前的高度。FOWLP 就是衍生出的 Fan-out WLP（扇出型晶圓級封裝），在一個環(huán)氧行化合物（EMC）中嵌入每個裸片時，每個裸片間的空隙有一個額外的 I/O 連接點，這樣 I/O 數(shù)會更高并且的對硅利用率也有所提高，使互連密度最大化，同時實現(xiàn)高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。Fan-out 封裝最早在 2009~2010 年由 Intel Mobil 提出，僅用于手機基帶芯片封裝。

如今，伴隨 FOWLP 我們才有能力在這些模片上嵌入一些異構設備，包括基帶處理器、射頻收發(fā)器和電源管理 IC，從而實現(xiàn)了最新一代的超薄可穿戴和移動無線設備。因為持續(xù)連接和節(jié)約的空間，F(xiàn)OWLP 有潛力適用于更高性能的設備，包括內存和應用處理器，F(xiàn)OWLP 也能夠應用到新市場，包括汽車和醫(yī)療應用甚至更多。FOWLP 并被預測會成為下一代緊湊型、高性能電子設備的基礎。

?

SiP

系統(tǒng)級封裝（SiP）是 IC 封裝領域的最高端的一種新型封裝技術，將一個或多個 IC 芯片及被動元件整合在一個封裝中。我們也可以這樣理解，當 FOWLP 在面積擴展的同時也加了有源或無源器件以形成 SiP。下圖為 SiP 的封裝形式。

美國是率先開始系統(tǒng)級封裝研究的國家，早在 20 世紀 90 年代，即將 MCM 列為重點發(fā)展的十大軍民兩用高新技術之一。最早商業(yè)化的 SIP 模塊電路是手機中的功率放大器，這類模塊中可集成多頻功放、功率控制及收發(fā)轉換開關等功能。SiP 模塊廣泛應用于無線通訊、汽車電子、醫(yī)療電子、計算機、軍用電子等領域， 無線通信領域的應用是最早的，也是最廣泛的。

?

?

在這里我們先來區(qū)分一下 SoC 與 SiP 有何不同：

-SoC 是從設計的角度出發(fā)，是將系統(tǒng)所需的組件高度集成到一塊芯片上。

-SiP 是從封裝的立場出發(fā)，對不同芯片進行并排或疊加的封裝方式，將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如 MEMS 或者光學器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實現(xiàn)一定功能的單個標準封裝件。

SiP 封裝技術可以帶來的優(yōu)勢：

- 將不同用途的集成電路芯片以集成電路封裝手段進行整合，可將原有的電子電路減少 70%~80%以上，整體硬件平臺的運行功耗也會因為 PCB 電路板縮小而減少。產品在整體功耗、體積等方面獲得改善；

- 將原本離散的功能設計或元件整合在單一芯片內，不僅可以避免設計方案被抄襲復制，也能透過多功能芯片整合的優(yōu)勢讓最終產品更具市場競爭力。

SIP 封裝技術采取多種裸芯片或模塊進行排列組裝，若就排列方式進行區(qū)分可大體分為平面式 2D 封裝和 3D 封裝的結構。相對于 2D 封裝，采用堆疊的 3D 封裝技術又可以增加使用晶圓或模塊的數(shù)量，從而在垂直方向上增加了可放置晶圓的層數(shù)，進一步增強 SIP 技術的功能整合能力。而內部接合技術可以是單純的線鍵合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），也可二者混用。除了 2D 與 3D 的封裝結構外，還可以采用多功能性基板整合組件的方式。不同的芯片排列方式，與不同的內部接合技術搭配，使 SIP 的封裝形態(tài)產生多樣化的組合，并可依照客戶或產品的需求加以客制化或彈性生產。

在 Apple watch 中可以看到 SiP 模塊，它將 AP、BB、WiFi、Bluetooth、PMU、MEMS 等功能芯片以及電阻、電容、電感、巴倫、濾波器等被動器件都集成在一個封裝內部，形成一個完整的系統(tǒng)。

先進封裝是摩爾定律的重要助推力，對于企業(yè)而言，先進封裝也是封裝業(yè)的產值提升的一大利器。

如果你對本系列感興趣，歡迎點擊《趣科技》繼續(xù)閱讀！

?

與非網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經許可，不得轉載！
?