隨著先進(jìn)封裝形式的逐漸普及，可選擇的低密度封裝類型正在增加。

幾家半導(dǎo)體封測公司正在為高端智能手機(jī)開發(fā)新一代的高密度扇出式封裝，與此同時(shí)，較低密度的扇出式封裝市場也正在醞釀更大的戰(zhàn)斗。

Amkor、ASE、STATS ChipPAC等公司提供傳統(tǒng)的低密度扇出式封裝服務(wù)，在這個(gè)市場上，正在出現(xiàn)一些具有競爭力的新型技術(shù)。低密度（有時(shí)也稱為標(biāo)準(zhǔn)密度）扇出式封裝是扇出式封裝市場的兩個(gè)主要類型之一，另一種類型是高密度扇出式封裝。

一般而言，扇出式技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)一種小型的封裝，可以集成比其他封裝類型更多的IO，但是它并不是唯一的選擇項(xiàng)。根據(jù)半導(dǎo)體封測服務(wù)提供商（OSTA）先進(jìn)半導(dǎo)體工程公司（ASE）的說法，在移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)應(yīng)用中，低密度（標(biāo)準(zhǔn)密度）扇出式封裝指的是IO數(shù)量小于500個(gè)、線寬和間距大于8um的封裝類型。

ASE表示，高密度扇出封裝針對中檔到高端應(yīng)用，IO數(shù)量超過500個(gè)，線寬／間距小于8um。臺(tái)積電的InFO技術(shù)是高密度扇出封裝的典型例子，它被應(yīng)用在蘋果最新款的iPhone手機(jī)上。其他OSAT廠商在高密度扇出封裝市場上激戰(zhàn)正酣。

低密度扇出封裝市場也在升溫。TechSearch國際公司總裁Jan Vardaman說：“臺(tái)積電用在蘋果手機(jī)上的InFO技術(shù)是高密度扇出封裝市場上的統(tǒng)治者，同時(shí)，市場上也存在很多標(biāo)準(zhǔn)密度扇出封裝類型，適合于很多種設(shè)備。”

Vardaman表示，標(biāo)準(zhǔn)密度扇出封裝的推動(dòng)力包括音頻編解碼器、電源管理IC、雷達(dá)模塊和RF器件。高通公司是該領(lǐng)域最大的客戶。她說：“現(xiàn)在，除了高通公司之外，我們看到其他公司也開始大批量使用這種封裝。”

這個(gè)市場可能會(huì)在其它方面發(fā)生一些變化。總體來說，這個(gè)市場上的幾家供應(yīng)商正在提供或準(zhǔn)備提供六種或以上不同類型的低密度扇出封裝技術(shù)。Yole Développement公司的一名分析師Azemar表示：“這取決于你如何統(tǒng)計(jì)它們，長遠(yuǎn)來看，這個(gè)市場容不下這么多類型的封裝，所以，有些可能會(huì)消失，有些雖然名字不同，但也可能會(huì)變得越來越像。”

哪種扇出類型的生命力比較長久最終取決于成本、可靠性和用戶的采納，所以，芯片制造商需要密切關(guān)注這個(gè)市場，以下是該市場近期的一些主要事件：

最先出現(xiàn)的扇出類型－嵌入式晶圓級球柵陣列（eWLB）－ 經(jīng)歷了長期供不應(yīng)求，供應(yīng)商現(xiàn)在開始增加產(chǎn)能。

ASE和Deca正在開發(fā)一種新的低密度扇出類型，似乎可以和eWLB競爭。

中國的幾家OSAT廠商正在進(jìn)軍扇出封裝市場。

幾家封測公司正在開發(fā)面板級別的扇出，這是一種低密度扇出類型，有望降低扇出成本。

據(jù)Yole透露，整體扇出式封裝市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2014年的2．44億美元增長到2021年的25億美元。其中，低密度扇出市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2017年的3．5億美元增長到2022年的9．5億美元。 “這些數(shù)字可能會(huì)減少，具體取決于最終有多少廠家會(huì)轉(zhuǎn)向扇出技術(shù)。目前，市場對高通等大公司的依賴性較強(qiáng)。最終的市場規(guī)模還取決于面板級別扇出封裝能否快速面世，并提供更低的成本。”Azemar說。

什么是扇出型封裝？

相對來說，扇出型封裝是一個(gè)新事物。幾十年來，IC封裝過程比較簡單。 Lam Research先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)副總裁Choon Lee解釋說：“在傳統(tǒng)的封裝工藝中，成品晶圓首先被切割成很多個(gè)獨(dú)立的芯片，然后粘合和封裝。”

OSAT廠商最初一直使用這種方法，直到21世紀(jì)初，出現(xiàn)了一種叫做晶圓級封裝（WLP）的技術(shù)，事情發(fā)生了很大變化。“WLP，顧名思義，就是在芯片還在晶圓之上時(shí)進(jìn)行封裝，”Lee在一篇博客中寫道。“WLP生成的芯片封裝尺寸較小（和芯片本身的尺寸大致相同），這是對尺寸敏感的智能手機(jī)登設(shè)備考量的一個(gè)重要因素，WLP的其它優(yōu)勢包括精簡了制造過程，在切割之前就可以測試芯片功能。”

WLP封裝有兩種主要類型－芯片級封裝（CSP）和扇出（fan－out）。 CSP有時(shí)被稱為扇入式。KLA－Tencor高級營銷總監(jiān)Pieter Vandewalle表示：“封裝類型的發(fā)展和進(jìn)化主要是由最終應(yīng)用推動(dòng)的。扇入式／扇出式WLP主要由移動(dòng)應(yīng)用推動(dòng)，這些應(yīng)用需要高性能、高能效的薄而且小的封裝形式。”

扇入式和扇出式封裝有些許的不同。其中一個(gè)主要區(qū)別就是這兩種封裝類型集成再分配層（RDL）的方式。RDL是將封裝的一部分和另一部分電氣連接在一起的銅金屬連接線。RDL是由線寬和間距來衡量的，如上所述，低密度扇出封裝的線寬和間距大于8um。

在扇入式封裝中，RDL向內(nèi)走線，因此，當(dāng)IO數(shù)量到達(dá)200個(gè)左右，層間互聯(lián)間距在0．6mm時(shí)，扇入式封裝就有些力不從心了。

但在扇出式封裝中，RDL可以向內(nèi)走線，也可以向外走線，從而可以實(shí)現(xiàn)具有更多I／O數(shù)量且更薄的封裝。ASE工程高級主管John Hunt說：“在扇出式封裝中，你擴(kuò)大了可用的封裝面積。”

在高密度扇出式封裝使用方面，蘋果是領(lǐng)頭羊。之前，智能手機(jī)的應(yīng)用處理器使用層疊封裝技術(shù)（PoP），存儲(chǔ)器放在頂層，應(yīng)用處理器放在底層。

因?yàn)榧夹g(shù)成熟而且價(jià)格低廉，許多智能手機(jī)原始設(shè)備制造商仍然在堅(jiān)持使用PoP技術(shù)。但是，當(dāng)層間互聯(lián)間距到0．8mm左右時(shí)，PoP技術(shù)就有些力不從心了。所以蘋果公司在最新款的iPhone手機(jī)的應(yīng)用處理器上轉(zhuǎn)向了扇出式封裝技術(shù)。蘋果最新的A11處理器基于臺(tái)積電的10nm工藝，使用臺(tái)積電的InFO扇出封裝技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更小、更薄的封裝。

在其它應(yīng)用場景中，客戶可能會(huì)將數(shù)字、模擬和射頻等不同類型的器件集成到扇出式封裝中，其中，數(shù)字芯片可能采用先進(jìn)工藝，而模擬和射頻器件則使用成熟的老工藝。

采用先進(jìn)工藝的器件和成熟老工藝的裸片可以分開，然后在同一個(gè)封裝中互聯(lián)起來。Hunt說：“采用扇出式封裝，你可以把多個(gè)裸片均勻或非均勻地組合成一個(gè)電氣互連的封裝。我們不僅可以將多個(gè)裸片放在一個(gè)封裝中，而且還可以放入MEMS、濾波器、晶體和被動(dòng)器元件。”

扇出式封裝并不是將多個(gè)裸片集成到一個(gè)封裝內(nèi)的唯一方案。事實(shí)上，客戶還有很多種選擇，包括2．5D／3D、扇出、系統(tǒng)級封裝（SiP）和引線鍵合技術(shù)。

根據(jù)TechSearch的統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)如今，75％到80％的IC封裝采用了一種稱為引線鍵合的老互連方案。在這種方案中，一個(gè)被稱為引線接合器的系統(tǒng)使用細(xì)導(dǎo)線將一個(gè)芯片縫合到另一個(gè)芯片或襯底上。

在高端市場，OSAT廠商提供2．5／3D方案，這是一種使用硅通孔（TSV）的芯片堆疊技術(shù)。同時(shí)，SiP方案可以結(jié)合一系列裸片和被動(dòng)元件，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立的功能。

哪種多裸片封裝技術(shù)更好呢？這取決于具體應(yīng)用。“采用扇出式封裝還是SiP封裝取決于應(yīng)用、帶寬需求和實(shí)際可用的資源。和引線鍵合式器件相比，它們都能實(shí)現(xiàn)性能的顯著提升，”TEL子公司TEL NEXX的戰(zhàn)略業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Cristina Chu說，“ 在復(fù)雜的FPGA器件中，縮短上市時(shí)間是SiP方案的主要優(yōu)勢。在某些情況下，這些SiP甚至可以將來自不同工藝節(jié)點(diǎn)的組件結(jié)合在同一個(gè)封裝中。”

傳統(tǒng)扇出和新興扇出類型

在2005年左右，飛思卡爾和英飛凌分別推出了各自首個(gè)扇出式封裝類型。

2006年，飛思卡爾推出了一種名為“再分配芯片封裝（RCP）”的扇出技術(shù)，2010年，飛思卡爾將RCP許可給了Nepes。Nepes在韓國建設(shè)了一條使用RCP技術(shù)的300mm生產(chǎn)線。TechSearch的Vardaman表示：“Nepes正在生產(chǎn)雷達(dá)和物聯(lián)網(wǎng)模塊。（2015年，恩智浦收購了飛思卡爾。）

英飛凌的eWLB技術(shù)最初是為蜂窩電話中的基帶芯片設(shè)計(jì)的。英飛凌現(xiàn)在仍然擁有用于雷達(dá)模塊的200mm eWLB生產(chǎn)線，Vardaman說。

2007年，英飛凌還將eWLB技術(shù)授權(quán)給了ASE，一年之后，又與STATS ChipPAC達(dá)成了類似的協(xié)議。 后來，英飛凌將eWLB許可給了后來被Amkor收購的Nanium。這些授權(quán)協(xié)議賦予這些OSAT廠商使用eWLB封裝的權(quán)利。

最初，eWLB是一種單芯片封裝，但是最終，這種技術(shù)逐漸進(jìn)化到更復(fù)雜的可集成被動(dòng)元件的多芯片形式。

“一般而言，2D eWLB器件通常用于中低密度應(yīng)用。2．5D和3D eWLB器件適用于需要超過IO數(shù)量超過500個(gè)或1，000個(gè)的高端或高性能應(yīng)用。但是，根據(jù)不同應(yīng)用的需求，某些情況下，3D eWLB SiP封裝的IO數(shù)量也可以少于500個(gè)，”中國最大的半導(dǎo)體封測廠商長電科技集團(tuán)（JCET）技術(shù)戰(zhàn)略總監(jiān)Seung Wook Yoon解釋說。2015年，中國最大的OSAT廠商－長電科技收購了新加坡的STATS ChipPAC。

2D eWLB器件從2009年就已經(jīng)開始出貨。Yoon說：“我們目前有許多2．5D和3D eWLB器件通過了客戶的認(rèn)證，但均尚未達(dá)到大批量生產(chǎn)水平。”

扇出型封裝有三種形式，第一種使用先放芯片／正面超下的工藝流程制造，另外兩種分別是先放芯片／正面朝上和后放芯片類型，有時(shí)也被稱為先放RDL。

在先放芯片／正面朝下的工藝流程中，在晶圓廠中，首先在晶圓上處理芯片，然后將芯片切割出來。通過使用抓取－放置系統(tǒng)，將裸片放在基于環(huán)氧樹脂模塑化合物的新晶圓上，這被稱為重組晶圓。

重組晶圓可以在200mm或300mm晶圓上加工。封裝就是在這個(gè)晶圓上進(jìn)行的。然后，切割芯片，形成容納在扇出式封裝中的芯片。

先放芯片這種類型的封裝已經(jīng)生產(chǎn)了將近十年。工藝流程不同的后放芯片這種封裝類型尚未被廣泛采用。

扇出封裝存在一些挑戰(zhàn)。在處理過程中，重組晶圓容易發(fā)生翹曲。當(dāng)芯片嵌入到重組晶圓中時(shí)，在整個(gè)工藝流水中，芯片也容易移動(dòng)，從而造成被稱為芯片移位的意外效應(yīng)，這會(huì)影響產(chǎn)量和良率。

OSAT廠商已經(jīng)克服了許多這些挑戰(zhàn)。2016年和2017年可能出了一些大問題。當(dāng)時(shí)，由于高通的巨大需求，兩個(gè)主要的eWLB封裝供應(yīng)商－星科金朋和Nanium的扇出封裝產(chǎn)能均出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。

產(chǎn)能缺口促使客戶開始尋找其它類型的封裝，結(jié)果導(dǎo)致了eWLB市場的停滯。

作為回應(yīng)，星科金朋和ASE都擴(kuò)大了其eWLB產(chǎn)能。接下來，在2017年，Amkor收購了Nanium，給這家扇出封裝專家提供了一些支持。

現(xiàn)在，eWLB市場上有三家具備足夠產(chǎn)能的供應(yīng)商，這個(gè)變化應(yīng)該能夠重新啟動(dòng)eWLB市場。 “低密度到中密度應(yīng)用對FOWLP的需求持續(xù)增長。 我們在智能手機(jī)、5G或汽車應(yīng)用領(lǐng)域有一些需要的IO數(shù)量少于500個(gè)的扇出封裝客戶，“Yoon說。 “FOWLP有許多新興的細(xì)分市場，比如5G毫米波器件、MEMS、指紋傳感器以及高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）等汽車應(yīng)用。”

不過，eWLB預(yù)計(jì)將在2018年面臨一些新的競爭。提供eWLB封裝技術(shù)的ASE也一直在與Deca科技合作開發(fā)另一種低密度扇出技術(shù)。賽普拉斯半導(dǎo)體公司的子公司Deca是該技術(shù)的原始開發(fā)商，該技術(shù)被稱為M系列。

此外，ASE正在與***的Siliconware Precision Industries（SPIL）合并。SPIL也正在研究一種叫做TPI－FO的扇出技術(shù)。

而且，ASE計(jì)劃在2018年上半年將M系列扇出技術(shù)推進(jìn)到量產(chǎn)階段。與eWLB不同的是，M系列是一種芯片在先、裸片朝上的技術(shù)。

M系列解決了傳統(tǒng)扇出技術(shù)的一些問題。“在傳統(tǒng)的扇出封裝生產(chǎn)過程中，你必須使用高精度的倒裝芯片鍵合機(jī)來放置芯片，這個(gè)過程的吞吐量相對而言比較低，一個(gè)小時(shí)大約只能處理8000個(gè)裸片，”ASE的Hunt說。“有一個(gè)主要問題是裸片移位，封料后放置裸片時(shí)，它已經(jīng)不在最初放置它的地方了，因?yàn)樗苿?dòng)了。”

為了解決這個(gè)問題，Deca開發(fā)了一種被稱為自適應(yīng)圖案化的技術(shù)。 首先，使用高速表面貼裝系統(tǒng)以每小時(shí)30000－35000個(gè)裸片的速度將裸片放置在晶圓上。不過，每個(gè)芯片的放置精度不如傳統(tǒng)系統(tǒng)那么準(zhǔn)確，為了彌補(bǔ)精度問題，Deca的技術(shù)會(huì)測量晶圓上每個(gè)裸片的實(shí)際位置。

“然后，我們重新計(jì)算RDL圖案，以適應(yīng)每個(gè)晶圓上的每個(gè)裸片的移位。重新計(jì)算過程大約需要28秒。當(dāng)晶圓到達(dá)成像系統(tǒng)的時(shí)候，圖案已經(jīng)被重新計(jì)算出來了。”Hunt說。

將計(jì)算出來的新圖案數(shù)據(jù)送入成像系統(tǒng)。在eWLB中，傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)在裸片上圖案化出一個(gè)樣貌，Deca的技術(shù)使用專有的激光直接成像系統(tǒng)，就像直寫光刻一樣，不用使用掩模，就可以在裸片上寫入樣貌。

在Deca的技術(shù)中，激光直接成像系統(tǒng)將整個(gè)RDL圖案與測量過的裸片位置對齊，據(jù)推測，這種方式可以解決裸片移位問題。

競爭對手也正在關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)。長電科技的Yoon說：“Deca的M系列解決方案有其獨(dú)特的優(yōu)勢，但尚未在大批量生產(chǎn)中得到驗(yàn)證。”

中國新勢力來了

與此同時(shí)，扇出市場也來了一些新勢力－中國人。例如，隸屬于江蘇長電科技（JCET）的江陰長電先進(jìn)封裝有限公司（JCAP）有一個(gè)晶圓級封裝技術(shù)，說句題外話，長電科技收購了星科金朋。

中國大陸另外一家大型半導(dǎo)體封測廠商－天水華天科技－也開發(fā)了幾種封裝類型，其中就包括扇出型封裝。“江陰長電的晶圓級封裝已經(jīng)量產(chǎn)了，華天科技的可能也接近量產(chǎn)。中國版本的扇出式封裝的工藝和原始的eWLB有所不同。”TechSearch的Vardaman表示。

天水華天科技的扇出技術(shù)被稱為eSiFO。在eSiFO中，先把晶圓蝕刻，形成一個(gè)縫隙，然后使用抓取－放置系統(tǒng)將裸片放置在間隙中，最后密封。

“這種技術(shù)使用的是硅載體，不需要模具化合物。這項(xiàng)技術(shù)正在吸引客戶的注意，因?yàn)閼?yīng)力低，翹曲也較少。我們的硅載體晶圓和嵌入在干法蝕刻出的溝槽內(nèi)的裸片之間的CTE不匹配最小。而且，從根本上來說，這也是一個(gè)簡單的工藝，”華天科技集團(tuán)美國地區(qū)銷售和營銷副總裁Allan Calamoneri說。“目前，這種技術(shù)應(yīng)用在密度較低、封裝較小的芯片中，而且最近開始用在多芯片封裝中。這項(xiàng)技術(shù)通過了一些美國客戶的認(rèn)證，但目前的大批量生產(chǎn)只局限在中國客戶上。”

下一步怎么走？目前的扇出式封裝都是將芯片封裝在200mm或300mm晶圓上。在研發(fā)層面，一些公司正在開發(fā)面板級扇出式封裝技術(shù)，它是在一個(gè)大的方形面板上封裝芯片。這個(gè)技術(shù)的初衷是在單位面積上處理更多的芯片，理論上可以將成本降低20％。

ASE－Deca、Nepes和三星公司等正在開發(fā)面板級扇出。目標(biāo)上市時(shí)間為2018年和2019年，據(jù)稱，面板級別的扇出封裝技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更便宜的低密度產(chǎn)品。

但是，就目前來看，面板級封裝技術(shù)難以掌握，這個(gè)領(lǐng)域也沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。“選擇的主要落腳點(diǎn)總是成本，”Yole的Azemar說。 “面板級封裝的出現(xiàn)可能改變封裝市場的未來。”

那么，從長遠(yuǎn)來看，哪些低密度扇出技術(shù)將占上風(fēng)？有些技術(shù)會(huì)繼續(xù)尋找市場入口，有些技術(shù)會(huì)繼續(xù)攻城拔寨，有些則淪為小眾產(chǎn)品。不過目前還不清楚哪種技術(shù)前景更好，盡管市場上出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用，但是是否每種技術(shù)都有生存空間，還很難確定。