（汽車產(chǎn)業(yè)分析）從汽車應用看2021年晶圓封裝趨勢

1、汽車產(chǎn)業(yè)分析報告汽車產(chǎn)業(yè)分析報告從汽車應用看2021年晶圓封裝趨勢 專家認為，受持續(xù)增長的移動設備和汽車應用需求的驅動，晶圓級封裝(WLP)將向I/O數(shù)更高和引腳節(jié)距更小的方向開展。2021年其他需要關注的WLP趨勢還包括大功率和高精度精密器件、穿透硅通孔(TSV)、扇出和嵌入式閃存。 日月光公司(ASE，中國臺灣省臺北)工程部主任JohnHunt說，在日月光WLP的總體比例仍然偏低，占封裝業(yè)務不到10%。但對WLP的需求卻在增加?！拔覀兛吹侥切奈词褂眠^這種技術的客戶正在從舊的封裝形式轉變到WLP，JohnHunt說。“他們的終端客戶正在這么要求，因此這種業(yè)務量是不斷增長的。 由于對高I/O

2、數(shù)小型封裝的需求增加，Hunt說WLP將會逐漸地占據(jù)傳統(tǒng)的球柵陣列封裝和引線框架的市場份額。 WLP意味著大多數(shù)封裝工藝步驟將在晶圓級上進行。它被認為是芯片倒裝封裝的子集，只是引腳節(jié)距和焊料球稍大。它與封裝內倒裝芯片或板上倒裝芯片的主要區(qū)別在于，WLP能夠通過標準的外表貼裝技術貼裝到低本錢基板上，而不是需要像倒裝芯片封裝那樣使用一個插入板。 不斷增長的需求 Hunt說便攜式設備是WLP的市場驅動力，WLP的優(yōu)點在于尺寸、重量和電氣性能?！拔覀円沧⒁獾剑捎谄噺碗s性的增加，導致WLP在汽車應用中有所增長，他說?！暗茿SE和其他公司進行大規(guī)模量產(chǎn)的主要用于手持設備，比方移動 、游戲機、PDA、

3、照相機及其他消費者希望能放入兜里、輕易攜帶的設備。電性能頻率越高，那么噪音越小、寄生效應越低，因此電池壽命更長點。我們都希望便攜設備的電池電量能夠持續(xù)更長時間。 便攜式系統(tǒng)驅動了對晶圓級封裝的需求 封裝業(yè)務咨詢公司TechSearchInternational(德州奧斯丁)的總裁JanVardaman說，2021年WLP的熱點將會是扇出型封裝?！?021年，業(yè)內將會看到這些扇出型封裝在移動 中的首次商業(yè)應用，她表示。越來越多的移動 使用了卡西歐微電子(東京)的貼銅WLP技術。英飛凌(德國Neubiberg)開發(fā)了一項嵌入式晶圓級球柵陣列(eWLB)封裝技術，也有望被一些公司采用，Vardama

4、n說。 高I/O引腳數(shù) WLP技術中對高I/O數(shù)量的需求正在增長。一兩年前I/O數(shù)還在40-80的范圍內，但現(xiàn)在測試中的I/O數(shù)已經(jīng)攀升至192。Hunt透露，一些ASE的客戶已經(jīng)到達120或144，這正在成為一項真正的技術挑戰(zhàn)。 “我們正在提升該技術的能力，他說。“這要求我們改良聚合物系統(tǒng)，其原因是在再分布和再鈍化過程中，聚合物充當了軟墊。它消除了焊料球的局部應力，所以它的尺寸也相當關鍵。材料性質、金屬成分和焊料合金的結構以及RDL和UBM的組裝方式也十分重要。 有必要做進一步的改良以使I/O數(shù)量到達200。這是產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)的主要挑戰(zhàn)。“越來越多的無線設備的I/O數(shù)目變得更高，Hunt解釋說

5、。 “將藍牙、FM收音機、TV調諧器和GPS單元整合到一個單獨的芯片中將大大增加I/O數(shù)量，這是I/O數(shù)量增大的主要驅動因素。并且在高I/O的情況下獲得相當?shù)目煽啃?，這也是一項巨大的技術挑戰(zhàn)。 更小的引腳節(jié)距 在過去的幾年中，引腳節(jié)距從0.5mm演變成0.4mm，現(xiàn)在的目標是0.3mm?！爱a(chǎn)業(yè)何時能開展到那里，很大程度上取決于基板何時能開展到那里。還沒有人向我們要求0.3mm引腳節(jié)距的產(chǎn)品，但是我們一直被詢問對它的工程評估。Hunt指出，實現(xiàn)0.3mm的困難包括很難找到匹配的基板。“另一個問題是可靠性。每次引腳節(jié)距改變時，焊球尺寸也會隨之縮減。很明顯，你不能在窄引腳節(jié)距上繼續(xù)使用大尺寸的UBM

6、。但如果你縮小了UBM和焊球的尺寸，那么焊柱的支撐截面積也將降低；隨之結構完整性下降，并將影響跌落測試的結果。 然而，引腳節(jié)距從0.5mm轉變?yōu)?.4mm時，ASE在溫度循環(huán)性能上取得了進步，因為相同I/O數(shù)目下封裝尺寸縮小了。對于更窄的引腳節(jié)距來說，封裝尺寸不需要很大，因此到中性點的距離也下降了。Hunt說，這將導致節(jié)距收縮時溫度循環(huán)性能的提升，但是跌落測試性能卻有下降。因為主要用于便攜式終端設備，所以跌落測試性能比溫度循環(huán)性能更重要。人們經(jīng)常會不小心跌落設備但卻不經(jīng)常把它們從-40C的環(huán)境帶到150C的環(huán)境。 車載器件 在便攜式WLP設備中，過去的要求是低功率但不要求大電流容量?！盀R射薄膜

7、足夠好而無需進行電鍍，Hunt這樣解釋?！皩τ诖箅娏鞯钠噾煤透呔鹊木軆x器，我們已經(jīng)從濺射RDL和凸塊下金屬層(UBM)轉為采用電鍍，這樣才能處理增加的功率和精密儀器所需的低電阻。 TSV用于增加封裝密度 在市場上出現(xiàn)的某些高密度應用中，ASE看到了對TSV的需求。“我們已經(jīng)為晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)做了一些TSV樣品，使我們能在WLCSP中進行封裝上封裝(PoP)，把另外一塊 芯片或者WLP組裝到WLP之上，Hunt說。“我們的樣品顯示出該方案的可行性，但問題是：以目前的技術條件，在經(jīng)濟上這是否可行？這個問題仍在探索中。 ASE自有在200mm晶圓上制作TSV的技術，但仍在工程

8、研發(fā)階段，尚未試圖進行大規(guī)模生產(chǎn)。Hunt強調，它很可能會使本錢增加，所以問題變成：折衷是否值得？“我們正在關注的另外一個趨勢是將無源器件集成到WLCSP中，他補充道?！斑@些器件將會進入再分布層，包括電感、不平衡變壓器、匹配變壓器，甚至是電容或電阻以提高設備功能。 扇出 ASE從英飛凌得到扇出技術的授權。扇出是WLCSP技術的擴展，目前正處于驗證階段。ASE使用晶圓級工藝但不是初始硅晶圓?！皩⒕A上測試后性能良好的芯片切割下來，重新組裝到輔助晶圓上，然后按照與硅晶圓相同的方法處理輔助晶圓，Hunt解釋道?！斑@將在初始硅芯片的限制范圍之外創(chuàng)造出區(qū)域以放置焊料球。這意味著當你開展至65、45、32

9、nm的技術節(jié)點時，你能夠縮小硅的尺寸。你能夠縮小芯片，將局部焊料球置于塑封材料之上，局部置于硅上。 我們正為英飛凌驗證該技術，希望能夠在2021年以aWLP的商標供給市場。它將擴展現(xiàn)有的WLP技術的能力，使之與倒裝芯片芯片尺寸封裝領域發(fā)生重疊。 嵌入式閃存 另外一個趨勢是用戶正將閃存嵌入他們的設備?！皩η度胧介W存的要求是只能進行低溫工藝，Hunt說?！艾F(xiàn)今用于再分布和再鈍化的聚合物尤其是聚酰亞胺和苯并二唑類聚合物(PBO)需要的溫度是325-375C。閃存理想溫度要求低于200C。這需要引入在可靠性方面不亞于現(xiàn)存聚合物的新型低溫固化聚合物。 其他挑戰(zhàn) 最近一個新的挑戰(zhàn)給ASE制造了意想不到的困

10、難。當用戶增加芯片的復雜度和密度時，更多的功能局部被封裝進芯片中，且大都使用再分布的方法。“與密度增加同時發(fā)生的是，一些引線鍵合焊盤或硅芯片上的焊盤降低到UBM結構之下。因為那里沒有了襯墊效應，而是一個高應力集中區(qū)域，因此會降低可靠性。增加密度時焊盤下的通孔會導致這個問題。我們正試圖優(yōu)化設計不但在在硅芯片級別上，而且在再分布系統(tǒng)結構上，來調節(jié)落到高密度器件焊墊下方的通孔。 大電流也可能在將來帶來一些挑戰(zhàn)。Hunt表示，有些ASE的終端用戶希望得到比傳統(tǒng)上ASE為便攜式設備提供的大得多的電流。“我們將不得不增加RDL的厚度和UBM結構的性能以及選擇具有最好電遷移性能的合金，Hunt說“嵌入式閃存和扇出技術中我們需要低溫聚合物。對于扇出技術，當晶圓被埋入塑料框架，塑料框架必須有與硅相似的較低的熱膨脹系數(shù)(TCE)，現(xiàn)今的材料有低的固化溫度適合做塑料框架。如果你試圖將高固化溫度的聚酰亞胺PBO放到RDL上，它會使輔助晶圓彎曲而無法處理。對于這種情形，我們也需要低固化溫度的材料。這種材料是存在的，只是可靠性卻不如高固化溫度材料。 可靠性是另一個需要被關注的問題。雖然它一直是一個問題，但過去人們卻最關心溫度循環(huán)?！懊總€人都從標準封裝技