技術(shù)前沿：扇出型板級(jí)封裝FOPLP

扇出型封裝一般是指，晶圓級(jí)/面板級(jí)封裝情境下，封裝面積與die不一樣，且不需要基板的封裝，也就是我們常說(shuō)的FOWLP/FOPLP。扇出型封裝的核心要素就是芯片上的RDL重布線(xiàn)層（可參考下面圖表說(shuō)明），通過(guò)RDL替代了傳統(tǒng)封裝下基板傳輸信號(hào)的作用，使得扇出型封裝可以不需要基板而且芯片成品的高度會(huì)更低，所以扇出型封裝的發(fā)明初衷其實(shí)是降低成本，而且由于扇出型封裝在封裝面積上沒(méi)有扇入那么多限制，整個(gè)封裝設(shè)計(jì)也會(huì)變得更加靈活和“自由”。因此扇出封裝最先在一些小面積、低性能的領(lǐng)域被推廣開(kāi)來(lái)。

隨著扇出型封裝技術(shù)自身的發(fā)展，越來(lái)越多人認(rèn)識(shí)到這個(gè)技術(shù)不應(yīng)該只用于低成本低性能領(lǐng)域，它有巨大的潛力，在行業(yè)公司不斷努力的推動(dòng)下，扇出型封裝今天已經(jīng)成為了先進(jìn)封裝技術(shù)的代表之一，已經(jīng)可以被廣泛用于高性能領(lǐng)域。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和沉淀，半導(dǎo)體芯片IC封裝技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，如今已有數(shù)百種封裝類(lèi)型。而在這數(shù)百種封裝類(lèi)型中，扇出型封裝日益火熱起來(lái)，其更被認(rèn)為是延續(xù)和超越摩爾定律的關(guān)鍵技術(shù)方案。

CoreFO,HDFO,UHDFO在I/O以及RDLL/S對(duì)比

扇入型封裝和扇出型封裝區(qū)別

談到扇出型（Fan-Out）封裝，必然會(huì)聯(lián)系到扇入型（Fan-In）封裝。扇入型（Fan-In）封裝工藝流程大致描述為，整片晶圓芯片進(jìn)行封裝測(cè)試，之后再切割成單顆芯片，封裝尺寸與芯片尺寸大小相同。

常見(jiàn)的Fan-In(WLCSP)通常可以分為BOP(BumpOnPad)和RDL(RedistribuTIonLayer)。BOP封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，Bump直接生長(zhǎng)在Alpad上；如果Bump位置遠(yuǎn)離Alpad，則需要通過(guò)RDL將Alpad與Bump相連。

隨著I/O數(shù)量的增加，芯片尺寸無(wú)法容納所有I/O時(shí)，扇出型封裝由此衍生而來(lái)。扇出型封裝基于重組技術(shù)，芯片被切割完畢后，將芯片重新嵌埋到重組載板（8寸，12寸wafercarrier或者600mmX580mm等大尺寸面板），按照與扇入型封裝工藝類(lèi)似的步驟進(jìn)行封裝測(cè)試，然后將重組載板切割為單顆芯片，芯片外的區(qū)域?yàn)镕an-Out區(qū)域，允許將球放在芯片區(qū)域外。

扇入型封裝和扇出型封裝區(qū)別兩者最大的差異為RDL布線(xiàn)，在扇入型封裝中，RDL向內(nèi)布線(xiàn)，而在扇出型封裝中，RDL既可向內(nèi)又可向外布線(xiàn)，所以扇出型封裝可以實(shí)現(xiàn)更多的I/O。

扇出型封裝細(xì)解

扇出型封裝目前存在兩大技術(shù)分支，即扇出型晶圓級(jí)封裝（FOWLP）以及扇出型面板級(jí)封裝（FOPLP）。

FOWLP封裝2009年量產(chǎn)，但彼時(shí)只應(yīng)用于手機(jī)基帶芯片。真正轉(zhuǎn)折點(diǎn)是2016年，iPhone7系列A10處理器采用TSMC基于FOWLP開(kāi)發(fā)的集成扇出型芯片堆疊（IntegratedFan-OutPackageonPackage,InFO-PoP）封裝，此后扇出型（Fan-Out）封裝成為熱點(diǎn)，各大手機(jī)OEM廠(chǎng)商爭(zhēng)相追求HDFO(High-DensityFan-Out)封裝。

FOWLP與FOPLP工藝對(duì)比

iPhone7系列A10處理器InFO-PoP

扇出型封裝技術(shù)演進(jìn)

FOWLP封裝技術(shù)

FOWLP封裝技術(shù)主要分為Chipfirst以及Chiplast，而Chipfirst可再分為Diefaceup（如DecaTechnologiesM-Series封裝）以及Diefacedown（RCP以及eWLB封裝等），Chiplast形式又被稱(chēng)為RDLfirst，大致封裝流程可參考下圖：

☆Chipfirst,diefacedown封裝技術(shù)

飛思卡爾于2006年左右推出重分布封裝（ReconsTItutedChipPackage:RCP），英飛凌于2007年左右推出嵌入式晶圓級(jí)BGA（EmbeddedWaferLevelBGA:eWLB）。

RCP與eWLB均為Chipfirst，diefacedown封裝，工藝流程類(lèi)似，與eWLB不同的是，RCP包括一個(gè)銅框架層，有助于改善wafermolding過(guò)程中芯片偏移，另外可提供電磁屏蔽和散熱。

日月光自研的FOCos（Fan-OutChiponSubstrate）封裝同樣支持Chipfirst,diefacedown封裝技術(shù)。

FOCos-CF封裝

☆Chipfirst,diefaceup封裝技術(shù)

M-Series封裝技術(shù)由DecaTechnologies提出，TSMC于2016年推出的InFO封裝，同樣采用Chipfirst,diefaceup封裝技術(shù)。

Chipfirst,diefaceup主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）芯片背面貼DAF重組，貼裝后偏移較?。?/p>

（2）芯片背面貼裝，避免了Chipfirst,facedown情況下芯片邊緣由切割引入的不平整貼裝問(wèn)題；

（3）更加平坦化，Wafermolding后進(jìn)行Grinding研磨動(dòng)作，消除了從芯片表面到Moldingcompound表面的不平整性。

☆Chiplast(orRDLfirst),diefacedown封裝形式

2006年左右由NECElectronicsCorporaTIon提出，Amkor于2015年推出的SWIFT（SiliconWaferIntegratedFan-OutTechnology）封裝采用RDLfirst技術(shù)，RDL線(xiàn)寬線(xiàn)距能力≤2um，μbumppitch40um，SWIFT封裝可實(shí)現(xiàn)多芯片集成的3DPOP封裝以及無(wú)需TSV（TSV-Less）具有成本優(yōu)勢(shì)的HDFO高密度扇出型封裝，適用于高性能CPU/GPU，FPGA，MobileAP以及MobileBB等。

日月光自研的FOCos（Fan-OutChiponSubstrate）封裝同樣支持Chiplast,diefacedown封裝技術(shù)。

Chiplast(orRDLfirst),diefacedown主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）芯片只會(huì)在合格的RDL上倒裝芯片，可避免芯片損失，適用于高價(jià)格的高端芯片；

（2）芯片通過(guò)倒裝方式直接與RDL連接，消除了芯片偏移問(wèn)題；

（3）超細(xì)RDL線(xiàn)寬線(xiàn)距實(shí)現(xiàn)HDFO，RDL線(xiàn)寬線(xiàn)距能力≤2um。

RDL制作方式可分為3種：第一種方式是通過(guò)PECVD制作SiO2或者SiN介電層以及Cu大馬士革方法制作RDL，RDL線(xiàn)寬線(xiàn)距能力≤2um；第二種方式是通過(guò)Polyimide制作介電層以及電鍍銅制作RDL，RDL線(xiàn)寬線(xiàn)距能力＞2um；第三種方式結(jié)合了前兩種方式，又稱(chēng)為HybridRDL。

☆支持FOWLP封裝技術(shù)主流公司

目前業(yè)內(nèi)主流封裝廠(chǎng)以及TSMC都基于不同的技術(shù)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出各自的FOWLP技術(shù)，如下圖所示。艾為基于自身產(chǎn)品的特點(diǎn)以及封裝廠(chǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，很早就已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注FOWLP技術(shù)，并已經(jīng)開(kāi)始在一些產(chǎn)品上采用部分封裝廠(chǎng)的FOWLP技術(shù)，艾為目前采用FOWLP封裝技術(shù)的產(chǎn)品主要應(yīng)用在電壓轉(zhuǎn)換器、音頻功率放大器、負(fù)載開(kāi)關(guān)等。

FOPLP封裝技術(shù)

FOPLP封裝流程與FOWLP類(lèi)似，IC載板由8寸/12寸wafercarrier轉(zhuǎn)換為大尺寸面板，以610mmX457mm尺寸面板為例，面積為12寸wafercarrier的3.9倍，單片產(chǎn)出數(shù)量為FOWLP的3.9倍，成本優(yōu)勢(shì)較大。

FOPLP封裝技術(shù)的發(fā)展保持著高度的關(guān)注，目前也已經(jīng)開(kāi)始在部分產(chǎn)品上嘗試FOPLP技術(shù)，在不久的將來(lái)也會(huì)推出基于FOPLP封裝技術(shù)的產(chǎn)品。

扇出型（Fan-Out）封裝等先進(jìn)封裝成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵封裝技術(shù)，也為Chiplet技術(shù)提供了很好的基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)芯片體積微小化以及多芯片高密度集成，扇出型（Fan-Out）封裝關(guān)鍵挑戰(zhàn)點(diǎn)在于更小的微凸塊間距（μbumppitch:40um-30um-20um-10um），新型鍵合方式（TCB&NCP,TCB&NCF,HybridBonding等），以及更大的互連密度（RDLL/S:2/2um-1/1um-0.5/0.5um）。

新突破

隨著全球范圍內(nèi)的芯片短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重和地緣政治局勢(shì)日益緊張，先進(jìn)封裝技術(shù)在集成電路封裝市場(chǎng)中的地位變得越來(lái)越重要。2022年，先進(jìn)封裝市場(chǎng)已經(jīng)占據(jù)了整個(gè)集成電路封裝市場(chǎng)的48%，并且這個(gè)市場(chǎng)份額還在穩(wěn)步增長(zhǎng)。作為后摩爾時(shí)代提升芯片性能的關(guān)鍵，先進(jìn)封裝技術(shù)的格局正在發(fā)生深刻的變化，這可能會(huì)給長(zhǎng)久以來(lái)形成的封裝價(jià)值鏈帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。

根據(jù)封裝技術(shù)的不同，Sowotech可以將先進(jìn)封裝主要分為兩大類(lèi)：基于XY平面延伸的先進(jìn)封裝技術(shù)和基于Z軸延伸的先進(jìn)封裝技術(shù)。在Chiplet級(jí)封裝中還將其細(xì)分為晶圓級(jí)封裝(WLP)和面板級(jí)封裝(PLP)。

FOPLP技術(shù)是FOWLP技術(shù)的延伸，它在更大的方形載板上進(jìn)行Fan-Out制程，因此被稱(chēng)為FOPLP封裝技術(shù)。與FOWLP工藝類(lèi)似，F(xiàn)OPLP技術(shù)可以將封裝的前后段制程整合在一起，使其成為一次封裝制程，從而可以大幅度降低生產(chǎn)和材料的各項(xiàng)成本。

在新興應(yīng)用場(chǎng)景的消費(fèi)支撐下，F(xiàn)OPLP技術(shù)因兼具大產(chǎn)能及成本優(yōu)勢(shì)，是功率半導(dǎo)體、傳感器、通信等車(chē)規(guī)級(jí)/芯片生產(chǎn)的最佳解決方案。電動(dòng)車(chē)持續(xù)帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)芯片市場(chǎng)需求，將促進(jìn)板級(jí)封裝技術(shù)同步發(fā)展。

消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品的高便攜性和多功能化追求，以及市場(chǎng)對(duì)AIoT、5G和智能駕駛IC結(jié)構(gòu)緊湊、性能更好且更具成本效益的需要，導(dǎo)致了先進(jìn)封裝技術(shù)的繁榮。過(guò)去數(shù)年，扇出型封裝是成長(zhǎng)最為快速的先進(jìn)封裝技術(shù)，扇出面板級(jí)封裝(FOPLP)是晶圓級(jí)扇出封裝的延伸，正在成為占領(lǐng)有具體需求的新興市場(chǎng)。

扇出面板級(jí)封裝（FOPLP）是指將半導(dǎo)體芯片重新分布在大面板上而不是使用單獨(dú)封裝的先進(jìn)封裝技術(shù)。FOPLP能夠?qū)⒍鄠€(gè)芯片、無(wú)源元件和互連集成在一個(gè)封裝內(nèi)，與傳統(tǒng)封裝方法相比，該技術(shù)提供了更大的靈活性、可擴(kuò)展性和成本效益。

圖源：Nepes

圖源：Manz

對(duì)于FOPLP而言，采用方形面板作為封裝載板來(lái)代替采用晶圓作為載板封裝。這些方形載板的材質(zhì)可以選擇金屬、玻璃和高分子聚合物材料。同時(shí)FOPLP利用了較大的基板尺寸。

提供具有成本效益的大尺寸互連，面板級(jí)有更高的產(chǎn)出效率、更少的物料損耗和更大的有效曝光面積。

就面積利用率而言，F(xiàn)OPLP高達(dá)95%，而FOWLP低于85%；

以主流12"/300mm晶圓與300mm正方形玻璃為載具做扇出型封裝，方型載具產(chǎn)量為晶圓的1.4倍。再以主流12”晶圓與主流方形載具尺寸約600mm相比，方形載具產(chǎn)量為晶圓的5.7倍；

Yole數(shù)據(jù)顯示，從200mm過(guò)渡到300mm大約能節(jié)省25%的成本，從300mm過(guò)渡到板級(jí)，則能節(jié)約66%的成本。

現(xiàn)階段不需要最先進(jìn)制程和設(shè)備，也不需要太細(xì)的線(xiàn)寬/線(xiàn)距；

FOPLP還具有多種性能優(yōu)勢(shì)，例如更高的器件密度、改進(jìn)的電氣性能和增強(qiáng)的熱管理。

板級(jí)封裝相比傳統(tǒng)封裝在提升性能的同時(shí)，能夠大幅降低成本，因此板級(jí)封裝會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)封裝成為Sensor、功率IC、射頻、鏈接模塊、PMIC等的最佳解決方案，如汽車(chē)中約66%的芯片價(jià)值可以使用FOPLP技術(shù)生產(chǎn)，是車(chē)規(guī)級(jí)芯片生產(chǎn)的出色解決方案。FOPLP技術(shù)具備巨大的成長(zhǎng)潛力，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將出現(xiàn)顯著擴(kuò)張，Yole數(shù)據(jù)顯示，2022年FOPLP的市場(chǎng)空間大約是11.8億美元，預(yù)計(jì)到2026年將增長(zhǎng)到43.6億美元。

面板封裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖源：華潤(rùn)微

面板封裝扇出簡(jiǎn)要工藝流程圖源：中科四合

審核編輯：湯梓紅