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写在前面 为了更好的帮助观众深入回顾嘉宾的内容精华，每期研讨会结束后，我们将跟进一期干货内容回顾，希望大家珍惜每次线上相聚的短暂时光，也积极回顾每期精彩。 CPCA Live干货分享篇——主题：先进封装技术发展趋势  嘉宾讲师 深圳先进电子材料国际创新研究院 胡正勋 副部长  先进封装技术发展趋势 一个经典的DIP结构（见图1），直到今天很多常见的家电中仍在广泛使用。1979年，第一个平民商业化产品CPU 8086就是用DIP的方式封装的。从早期照片中可以看到，它的芯片中间是用wire bonding（WB）的方式，然后再用塑料外壳包起来。  图1：封装技术的发展（供参考） 进入80年代，在此列举几个较典型的结构供参考。首先是QFP ,它相当于是从两面变四面，同时把拐角弄弯一点, 今天在大量的主板上还能看到，PCB行业的应该更加熟悉。随着CPU越来越先进，PGA在CPU上开始应用，至今仍有CPU在用此方式作对外的连接，但本质上内部都是用WB的方式将芯片跟框架连接到一起。 90年代，存储器、内存卡等产品技术得到突破，得到广泛应用，这时对于封装形式有了决定性的变化。这时虽然叫塑封，但已不再局限用塑料了，树脂材料如环氧塑封料(EMC)等材料开始应用。比较典型的WB的BGA在这个时期出现，将芯片放在基板上，用WB的方式连接，底部由金属材质变成有机树脂的基板，同时触点变成了亚毫米级的锡球焊球。 在消费电子、小型化、多I/O的种种驱动下，2000年左右，从存储芯片上，有一个非常直观的感受，内存从之前的64M、128M变成了1G、2G的水平。它的内部是有多颗的内存芯片堆叠在一起，用WB的方式连接到基板上，所以这时就有了后来的3D封装，只不过这时的3D封装是用堆叠、WB打线的方式实现的。同时期在手机及对空间有要求的产品上也出现了QFN的使用。 从奔腾时代开始，一个今天广为人知的技术被开始应用，这就是倒装技术。倒装技术Flip Chip BGA, Flip Chip LGA芯片不再用打线的方式放到基板上，而是在表面上做凸点，然后把它扣在芯片上。相应的FCQFN出现，还有一些消费电子类芯片也受此启发，当然还有一些其他技术的引进，借助一些类似于早期晶圆制造技术的方式，出现了WLCSP。 芯片倒装技术：从Wire Bond到Flip Chip，I/O密度大幅提高 Wire Bond到Flip Chip，其实是一个非常重要的技术突破，它直接决定了芯片I/O的密度大幅提升, 同时芯片跟封装体的体积比和面积比大幅的接近，这是很重要的一个转折点。 半导体封装行业在应用上的分水岭出现在2010年左右。从功能手机时代进入智能手机时代，不论是电脑笔记本，还是各行各业的电子产品种类越来越多，应用面越来越广，相应的对体积以及封装的要求也越来越高。新的封装技术不断得到应用，比如多芯片的模组或多芯片的封装出现，用来做Fan out的Wafer Level Packaging。 2012年：英飞凌发布eWLB技术； 2014年左右：台积电开发了2.5D的CoWoS的封装技术 2016年左右：苹果A9处理器从一般传统封装转到了扇出型封装，同时堆叠式的Fan out的PoP的方式。从A9直到今天的A15都采用的是台积电的In FO的封装方式。In FO也是一种晶圆级的扇出型封装技术。 晶圆级封装技术WLP：基于RDL & Bumping的Fan-In与Fan-Out 我们参考下一些基础但主要的晶圆级封装技术WLP（见图2），在iPhone8里主要的芯片中有大概接近22颗左右，是用先进封装的技术制造，先进封装里一些基础的技术主要是RDL布线和Bump凸块的制作技术。Bump凸块又分为用印刷锡膏或者是植球做的锡焊球。锡焊球目前可以做到100um以下，但是一般总体在250um、350um的水平。同时有Pillar Bump的技术，针对这种多I/O的Pillar Bump技术的也得到广泛运用。  图2：来源JCAP 2005年左右，长电集团下的长电先进就已经进入摩托罗拉、诺基亚，包括后期苹果的一些产品线，由于较早的跟近，所以在晶圆级封装技术上国内跟国外的差距相对较小。 在2016年之前，针对先进封装的视野还是在减少体积、减少功耗的维度，对于高性能的驱动还不明显，但从2016年之后芯片封装的视野逐步开始进一步拓展，比如Fan out的SIP出现。2019年左右，随着高性能运算以及AI等，对算力及多芯片的整合有需求的领域的快速发展，对封装技术提出了更多要求。因为CoWoS(Chip on Wafer on Substrate) 2.5d这样的中介层(interposer)这样的封装技术，技术性能好但成本造价及门槛较高，所以至今还是应用在比较高端的需求领域。在成本压力以及技术复杂性的驱动下，业内开发了FO WLP的技术，目前国内一些龙头企业，已经在服务器、基站等需要高性能运算的产品领域应用该技术。 近两年增加的埋入式芯片，比如像台积电CoWoS的变化版本CoWoS-L (Local Silicon Interconnect and RDL Interposer)，用一颗芯片，像座桥一样，结合CoWoS的一些技术，在芯片之间做一个导通，进一步提高互联的密度。 面向未来的更高密度的一些互联技术，比如基于Hybrid Bonding的集成技术，台积电的系统整合单晶片技术，以及面向高性能超算领域的Chip on wafer技术。 概括起来，在先进封装这个细分领域。技术的发展已经不仅仅基于低成本，更多的强调高性能、高密度、集成化的驱动。在发展过程中仍有一些封装会借用部分先进封装的加工方法，但是这种封装更多的是以功能特点去出发，比如一些影像传感器、电源模块、LED driver、MEMS的一些芯片，它们就是以这个方向来驱动的。 同一颗芯片不同封装技术对比--fcBGA vs FO(eWLB) 到底我们的芯片用什么封装技术比较合适？实际上没有标准答案，是需要根据成本、应用场景、需求等多种因素综合考虑的。我们以一颗毫米波雷达的芯片为例（图3），这两个芯片他们的晶圆硅片是同一颗芯片，它采用了两种不同的封装方式，左侧用了一种比较特别的FC BGA的技术加工，芯片在基板上面，周围是焊球，封装之后尺寸相比传统已经小了很多，大概在12.2毫米x12.2毫米。右侧用了eWLB的Fanout的封装方式，封装之后体积小了很多，大概在9.12毫米x9.12毫米左右。从功能上，在内部集成了一个天线，也就是说芯片的体积小了，反而集中了更多的结构在上面，这个就是封装技术演进带来的好处。  图3：来源加特兰电子官网 SoC vs SiP vs Chiplet SoC，System on Chip，片上系统，可以理解为“系统集成芯片”，指在一个芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O 等功能，如麒麟9000。 SiP，多个芯片和其他组件都集成到同一个封装系统中，作为电子系统或子系统运行，如广为人知的iWatch。 Chiplet，晶粒是一种集成电路块，被专门设计用来与其他类似的芯片一起工作，形成更大更复杂的芯片，如AMD Ryzen 5950x。  图4：应用案例供参考 当前最高端芯片所采用的先进封装技术情况 先进封装技术的演进越来越强调向高性能运算等需求领域发展。可通过参考图5中的图片、年份以及采用平台，对当前最高端芯片所采用的先进封装技术情况做一定了解。  图5：当前最高端芯片所采用的封装技术情况 先进封装市场规模与趋势 总体来讲，随着技术的演进，先进封装在整个封装中的占比越来越高。从研究机构Yole的调研与预测中看到，2021年至2026年预测封装的市场会增长50%左右，其中先进封装的比例也会从大约45%，进一步拓展到50%水平。 先进封装主要分五类（图6），最大的一类是Flip chip，它可以涵盖从低端到高端绝大部分的芯片。它需要从硅的芯片转接到基板，再从基板放到PCB板上，实现了一个物理上的跨度。同时一些面向高性能运算的多芯片整合的Fan out技术，多芯片堆叠的技术，以及埋入式芯片的技术占比也会不断的提升。  图6：CAGR预测五类先进封装市场规模 正是因为先进封装在封装的比例中越来越高，并且整个封装市场规模越来越大，所以越来越多的行业巨头将视野放到了封装，尤其是先进封装这个领域。比如在传统封装领域比较具有代表性的富士康，他们也在开始涉足封装。一些做基板，做PCB的供应商，如Shinko和欣兴，他们也开始进入到先进封装的部分领域。当然近年来对先进封装领域影响最大的是来自上游的以台积电为代表的先进代工厂，他们进入的是先进封装中最核心、利润最丰厚、技术难度最大的部分。 从2020年和2021年先进封装领域的投资情况中可以看到（图7），英特尔、台积电、日月光、三星、安靠等这些主要的大公司，不管他们是新介入的，还是老牌的公司，他们的投资力度都很大，而国内虽然这两年对半导体的重视度很高，但对先进封装的投入，与这些头部企业相比差距还是很明显。  图7：来源Yole 先进封装中的材料——根据结构与技术特点发散化 相比设备，材料更加的隐性，而我们的自给率差距依然很大。以一颗多芯片模块放到FCBGA上为例（图8），常规我们能看得到的留在芯片上的材料，制作RDL的材料，有光刻胶、绝缘性材料（像聚酰亚胺材料）PPO材料、电镀液。装到基板上之前，可能还会用到塑封料，这种塑封料是液体的高端塑封料，这些基本上都由日本的一些企业供应。同时还需要用来做触点，这些触点基本是几十个微米，目前最小的触点要做到25个微米甚至20个微米，需要用到镀液，芯片跟基板之间要用的填充胶（underfill），目前这些材料国内还比较少，能够满足尤其是用在高端封装上的，仍集中在日本及少部分欧美企业。还有一个非常重要的就是基板的材料，它的增层绝缘材料（ABF）是由日本独家供应。  图8：来源Yole 目前国内的企业或者机构也都意识到了不仅是封测技术、封测装备，封测的材料也都要紧跟而上，所以纷纷加大了对这一部分的研发和投入。本期分享嘉宾就职的深圳先进电子材料国际创新研究院就打造了国内首个先进电子封装材料“研发-检测-中试-验证”闭环研发平台。具体可访问研究院官网www.siem.ac.cn学习和了解。 END 文字整理：王杨 技术审核：黄伟
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