物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的先進(jìn)封裝

2017年中國半導(dǎo)體封裝測(cè)試技術(shù)與市場(chǎng)年會(huì)已經(jīng)過去一個(gè)月了，但半導(dǎo)體這個(gè)需要厚積薄發(fā)的行業(yè)不需要蹭熱點(diǎn)，一個(gè)月之后，年會(huì)上專家們的精彩發(fā)言依然余音繞梁。除了“封裝測(cè)試”這個(gè)關(guān)鍵詞，嘉賓們提的最多的一個(gè)關(guān)鍵詞是“物聯(lián)網(wǎng)”。因此，將年會(huì)上的嘉賓觀點(diǎn)稍作整理，讓我們?cè)僖黄鹚伎家幌挛锫?lián)網(wǎng)時(shí)代的先進(jìn)封裝。

智能手機(jī)增速放緩

半導(dǎo)體下游市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)歷了幾個(gè)階段，首先是出貨量為億臺(tái)量級(jí)的個(gè)人電腦，后來變成十億臺(tái)量級(jí)的手機(jī)終端和通訊產(chǎn)品，而從2010年開始，以智能手機(jī)為代表的智能移動(dòng)終端掀起了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高潮，成為最新的殺手級(jí)應(yīng)用?；仡欀暗亩辏掠坞娮有袠I(yè)殺手級(jí)應(yīng)用極大的拉動(dòng)了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷激勵(lì)半導(dǎo)體廠商擴(kuò)充產(chǎn)能，提升性能，而隨著半導(dǎo)體產(chǎn)量提升，半導(dǎo)體價(jià)格也很快下降，更便宜更高性能的半導(dǎo)體器件又反過來推動(dòng)了電子產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)和電子行業(yè)相互激勵(lì)，形成了良好的正反饋。但在目前，智能手機(jī)的滲透率已經(jīng)很高，市場(chǎng)增長(zhǎng)率開始減緩，下一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用將會(huì)是什么?

物聯(lián)網(wǎng)可能成為下一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用

根據(jù)IHS的預(yù)測(cè)，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連接數(shù)在2025年將會(huì)達(dá)到700億。

從數(shù)量上來看，物聯(lián)網(wǎng)將十億量級(jí)的手機(jī)終端產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后面，很可能會(huì)成為下一波的殺手級(jí)應(yīng)用。但物聯(lián)網(wǎng)的問題是產(chǎn)品多樣化，應(yīng)用非常分散。我們面對(duì)的市場(chǎng)正從單一同質(zhì)化大規(guī)模市場(chǎng)向小規(guī)模異質(zhì)化市場(chǎng)發(fā)生變化。對(duì)于半導(dǎo)體這種依靠量的行業(yè)來說，芯片設(shè)計(jì)和流片前期投入巨大，沒有量就不能產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，攤銷到每塊芯片的成本非常高。

除了應(yīng)對(duì)小規(guī)模異質(zhì)化的挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)需要具備的關(guān)鍵要素還包括：多樣的傳感器(各類傳感器和Sensor Hub)，分布式計(jì)算能力(云端計(jì)算和邊緣計(jì)算)，靈活的連接能力(5G， WIFI， NB-IOT， Lora, Bluetooth, NFC，M2M…)，存儲(chǔ)能力(存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)中心)和網(wǎng)絡(luò)安全。

這些關(guān)鍵要素會(huì)刺激CPU/AP/GPU，SSD/Memory, 生物識(shí)別芯片，無線通訊器件，傳感器，存儲(chǔ)器件和功率器件的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)多樣化的下游產(chǎn)品對(duì)封裝提出更多要求

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的多樣性意味著芯片制造將從單純追求制程工藝的先進(jìn)性，向既追求制程先進(jìn)性，也最求產(chǎn)品線的寬度發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的芯片可能的趨勢(shì)是：小封裝，高性能，低功耗，低成本，異質(zhì)整合(Stacking，Double Side, EMI Shielding，Antenna…)。

汽車電子的封裝需求：汽車電子目前的熱點(diǎn)在于ADAS系統(tǒng)和無人駕駛AI深度學(xué)習(xí)。全球汽車2016年產(chǎn)銷量約為8000萬臺(tái)，其中中國市場(chǎng)產(chǎn)銷量2800萬臺(tái)，為汽車電子提供了足夠大的舞臺(tái)。ADAS汽車系統(tǒng)發(fā)展前景廣闊，出于安全考慮，美國NHTSA要求從2018年5月起生產(chǎn)的汽車需要強(qiáng)制安裝倒車影像顯示系統(tǒng)。此外，車道偏離警示系統(tǒng)(LDW)，前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)(FCW)，自動(dòng)緊急剎車系統(tǒng)(AEBS)，車距控制系統(tǒng)(ACC)，夜視系統(tǒng)(NV)市場(chǎng)也在快速成長(zhǎng)。中國一二線城市交規(guī)越來越嚴(yán)格也使得人們對(duì)ADAS等汽車電子系統(tǒng)的需求提升。ADAS，無人駕駛，人工智能，深度學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性要求高，所以要求芯片能實(shí)現(xiàn)超高的計(jì)算性能，另外對(duì)芯片和模塊小型化設(shè)計(jì)和散熱也有要求，未來的汽車電子芯片可能需要用2.5D技術(shù)進(jìn)行異構(gòu)性的集成，比如將CPU，GPU，F(xiàn)PGA，DRAM集成封裝在一起。

個(gè)人移動(dòng)終端的封裝需求：個(gè)人消費(fèi)電子市場(chǎng)也將繼續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，個(gè)人消費(fèi)電子設(shè)備主要的訴求是小型化，省電， 高集成度，低成本和模塊化。比如個(gè)人移動(dòng)終端要求能實(shí)現(xiàn)多種功能的模塊化，將應(yīng)用處理器模塊，基帶模塊，射頻模塊，指紋識(shí)別模塊，通訊模塊，電源管理模塊等集成在一起。這些產(chǎn)品對(duì)芯片封裝形式的要求同樣是小型化，省電， 高集成度，模塊化，芯片封裝形式主要是“Stack Die on Passive”, “Antenna in SiP”, “Double Side SiP等 。比如蘋果的3D SiP集成封裝技術(shù)，從過去的ePOP & BD PoP，發(fā)展到目前的是HBW-PoP和 FO-PoP，下一代的移動(dòng)終端封裝形式可能是FO-PoP加上FO-MCM，這種封裝形式能夠提供更加超薄的設(shè)計(jì)。

5G網(wǎng)絡(luò)芯片的封裝需求：5G網(wǎng)絡(luò)和基于物聯(lián)網(wǎng)的NB-IOT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)意味著網(wǎng)絡(luò)芯片市場(chǎng)將會(huì)有不錯(cuò)的表現(xiàn)。與網(wǎng)絡(luò)密切祥光的大數(shù)據(jù)，云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心，對(duì)存儲(chǔ)器芯片和FPGA/GPU/CPU的需求量非常大。通信網(wǎng)絡(luò)芯片的特點(diǎn)是大規(guī)模，高性能和低功耗，此外，知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)核復(fù)雜、良率等都是廠商面臨的重要問題。這些需求和問題也促使網(wǎng)絡(luò)芯片封裝從Bumping&FC發(fā)展到2.5D，F(xiàn)O-MCM和3D。而TSV技術(shù)的成功商用，使芯片的堆疊封裝技術(shù)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，海力士和三星已成功研發(fā)出3D堆疊封裝的高帶寬內(nèi)存(HBM)，Micron和Intel等也正在聯(lián)合推動(dòng)堆疊封裝混合存儲(chǔ)立方體(HMC)的研發(fā)。在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，BROADCOM、GLOBALFOUNDRIES等公司也成功引入了TSV技術(shù)，目前已能為通信網(wǎng)絡(luò)芯片提供2.5D堆疊后端設(shè)計(jì)服務(wù)。

上游晶圓代工廠供應(yīng)端對(duì)封裝的影響

一方面，下游市場(chǎng)需求非常旺盛，另外一方面，大基金帶領(lǐng)下的資本對(duì)晶圓代工制造業(yè)持續(xù)大力投資，使得上游的制造一直在擴(kuò)充產(chǎn)能。據(jù)SEMI估計(jì)，全球?qū)⒂?017年到2020年間投產(chǎn)62座半導(dǎo)體晶圓廠，其中26座在中國大陸，占全球總數(shù)的42%。目前晶圓廠依然以40nm以上的成熟制程為主，占整體晶圓代工產(chǎn)值的60%。未來，汽車電子，消費(fèi)電子和網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)對(duì)芯片集成度、功能和性能的要求越來越高，主流的晶圓廠中芯和聯(lián)電都在發(fā)展28nm制程，其中臺(tái)積電28nm制程量產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入第五年，甚至已經(jīng)跨入10X nm制程。

隨著晶圓技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷逼近原子級(jí)別，摩爾定律可能將會(huì)失效。如何延續(xù)摩爾定律?可能不能僅僅從晶圓制造來考慮，還應(yīng)該從芯片制造全流程的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)考慮問題，需要對(duì)芯片設(shè)計(jì)，晶片制造到封裝測(cè)試都進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化。

因此，晶圓制造，芯片封測(cè)和系統(tǒng)集成三者之間的界限將會(huì)越來越模糊。首先是芯片封測(cè)和系統(tǒng)集成之間出現(xiàn)越來越多的子系統(tǒng)，各種各樣的系統(tǒng)級(jí)封裝SiP需要將不同工藝和功能的芯片，利用3D等方式全部封裝在一起，既縮小體積，又提高系統(tǒng)整合能力。Panel板級(jí)封裝也將大規(guī)模降低封裝成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。其次，芯片制造和芯片封測(cè)之間出現(xiàn)了扇入和扇出型晶圓級(jí)封裝，F(xiàn)O-WLP封裝具有超薄，高I/O腳數(shù)的特性，是繼打線，倒裝之后的第三代封裝技術(shù)之一，最終芯片產(chǎn)品具有體積小，成本低，散熱佳，電性能優(yōu)良，可靠性高等優(yōu)勢(shì)。

先進(jìn)封裝的發(fā)展現(xiàn)狀

先進(jìn)封裝形式在國內(nèi)應(yīng)用的越來越多，傳統(tǒng)的TO和DIP封裝類型市場(chǎng)份額已經(jīng)低于20%。

最近幾年，業(yè)界的先進(jìn)封裝技術(shù)包括以晶圓級(jí)封裝(WLCSP)和載板級(jí)封裝(PLP)為代 表的2.1D，3D封裝，F(xiàn)an Out WLP，WLCSP，SIP以及TSV,

2013年以前，2.5D TSV封裝技術(shù)主要應(yīng)用于邏輯模塊間集成，F(xiàn)PGA芯片等產(chǎn)品的封裝，集成度較低。2014年，業(yè)界的3D TSV封裝技術(shù)己有部分應(yīng)用于內(nèi)存芯片和高性能芯片封裝中，比如大容量?jī)?nèi)存芯片堆疊。2015年，2.5D TSV技術(shù)開始應(yīng)用于一些高端GPU/CPU, 網(wǎng)絡(luò)芯片, 以及處理器(AP)+內(nèi)存的集成芯片中。3D封裝在集成度、性能、功耗，更小尺寸，設(shè)計(jì)自由度，開發(fā)時(shí)間等方面更具優(yōu)勢(shì)，同時(shí)設(shè)計(jì)自由度更高，開發(fā)時(shí)間更短，是各封裝技術(shù)中最具發(fā)展前景的一種。在高端手機(jī)芯片，大規(guī)I/O芯片和高性能芯片中應(yīng)用廣泛，比如一個(gè)MCU加上一個(gè)SiP，將原來的尺寸縮小了80%。

目前國內(nèi)領(lǐng)先封裝測(cè)試企業(yè)的先進(jìn)封裝能力已經(jīng)初步形成

長(zhǎng)電科技王新潮董事長(zhǎng)在2017半導(dǎo)體封裝測(cè)試年會(huì)上，對(duì)于中國封測(cè)廠商目前的先進(jìn)封裝技術(shù)水平還提到三點(diǎn)：

SiP系統(tǒng)級(jí)封裝：目前集成度和精度等級(jí)最高的SiP模組在長(zhǎng)電科技已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn);華天科技的TSV+SiP指紋識(shí)別封裝產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用于華為系列手機(jī)。

WLP晶圓級(jí)封裝：長(zhǎng)電科技的Fan Out扇出型晶圓級(jí)封裝累計(jì)發(fā)貨超過15億顆，其全資子公司長(zhǎng)電先進(jìn)已經(jīng)成為全球最大的集成電路Fan-In WLCSP封裝基地之一;晶方科技已經(jīng)成為全球最大的影像傳感器WLP晶圓級(jí)封裝基地之一。

FC倒裝封裝：通過跨國并購，國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)獲得了國際先進(jìn)的FC倒裝封裝技術(shù)，比如長(zhǎng)電科技的用于智能手機(jī)處理器的FC-POP封裝技術(shù);通富微電的高腳數(shù)FC-BGA封裝技術(shù);國內(nèi)三大封測(cè)廠也都基本掌握了16/14nm的FC倒裝封裝技術(shù)。