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芯片封装 | Connectec Japan力求实现30℃低温环境下的Flip

CINNO Research 产业资讯,5月28日,Connectec Japan在其总部(日本新泻县妙高市)向相关人士及媒体召开了事业战略说明会,该公司社长平田胜则先生介绍说,通过运用其独特的技术已经可以在80℃的低温环境下进行Flip Chip封装,目前正在开发30℃低温下的封装技术。同时还表示说“为了实现IoT,低温、低负荷绝对是必须的!”

对IoT来说,低温、低负荷是必不可缺的

Connectec Japan是由原就职于Panasonic(原松下电器)半导体事业部的平田先生创立。通过利用现有技术,在需要高温、高负荷的半导体Flip Chip封装方面,开发出了一种低温、低负荷、无损的Damage Free封装技术——“MONSTER PAC”,全面提供“外包半导体封装开发(OSRDA:Out Sourced Research&Development Assemble)”服务,即半导体元件、模组的基板设计和结构设计、试做、信赖性测评、分析、量产。

据说“可以对应所有的OSRDA方面的封装要求”(图表出自:Connectec Japan)

2017年7月,Connectec Japan成为了第一家参加美国加利福尼亚“Next Flex”机构的日本公司,“Next Flex”是一家负责柔性混合电子(Flexible Hybrid Electronics)创新和商业化的机构。Connectec Japan不断在美国、中国大陆、中国台湾、韩国设立办事处,自2017年以来2年间收到了全球各地3,000多起的咨询,业务在日本国内外不断扩大。2018年6月被日本经济产业省扶持的“J-Startup”项目选为项目企业。

目前,外包半导体封装业务的销售额中70%来自海外,平田先生表示说,“一年前日本国内的销售额近乎为零,但在日本国内,积极尝试着做新业务的公司不断在增加。”

1/40的设备投资,1/30的设备面积,1/1000的电力消耗

据平田先生透露说,预计在2025年全球IoT市场规模将会扩大到610亿日元(约人民币36.6亿元),其中亚太地区将会占据45%的份额,另外,预计2023年半导体传感器的出货数量将会达到10,000亿个,未来将会爆发式增长至100,000亿个。同时平田先生还表示说:“随着用途和使用情况的增多,所有东西上都需要安装半导体”。

而且,使用现有锡膏进行倒装芯片时,由于需要260℃的高温、每个端子承受2.4gf(克力)粘合负荷压力,所以对采用了易受损材料“Low-k”的元件、MEMS芯片会产生严重的影响,因此限制了封装芯片、基板材料。“为了实现万物互联(IoT),低温、低负荷绝对是必须的!”

要发展IoT,必须进行低温封装。(图片出自:Connectec Japan)

MONSTER PAC采用了与现有方法完全不同的方式解决了上述问题。具体如下,首先,使用印刷技术将导电锡膏(Paste)涂到基板的线路(Pattern)上,形成芯片与基板之间的导电电路;而且,在下一道工序注入非导电性的Paste(NCP: Non Conductive Paste),放上芯片并进行封装,于是,芯片这一侧的端子接触到导电锡膏(Paste),多余的NCP被挤到线路中间,当周边温度上升时,NCP就会硬化,NCP硬化产生的“硬化收缩力”促使芯片端子和导电锡膏相互挤压、结合。

MONSTER PAC的特征(图片出自:Connectec Japan)

另外,使用传统封装方法的话,在一间大型的洁净室里配置了将近20台大型生产设备,需要34道工序,6天时间,如果使用MONSTER PAC,只需银膏印刷、NCP涂层、Flip Chip Bonding 三道工序,2天时间就可以完成,据说是“1/40的设备投资,1/30的设备面积,1/1,000的电力消耗”。另外,随着IoT机器的扩展,一台设备将能支持各种材料的基板,也就是可以满足“量少品种多”的要求。

Connectec Japan还开发了“MONSTER DTF(Desktop Factory)”,它集成三道工序并将设备控制到Desktop Size,现在Connectec Japan已经开始利用“MONSTER DTF”稼动6条产线。

右图:MONSTER DTF,左图:实际的生产车间。(图片出自:Connectec Japan)

力求实现30℃温度环境下的封装

Connectec Japan正在推进开发MONSTER PAC的进一步低温化,目前已经实现了80℃低温及1/20压力的封装。因此,除了可以进行各种MEMS传感器等低应力封装之外,还可以进行PET、PEN、聚氨酯等基板的封装,以及内置电池模块的PET等材料的封装。据说已经开始接受客户的外包开发业务,同时也介绍了相关业务。

上图在120℃环境下,同时封装600个耐热140℃的磁感应芯片(Sensor Chip),且进行组件,背面直接封装驱动IC(Driver IC),达到节约面积的功效。

上图80 ℃温度环境下,封装到PET薄膜上的元件(右侧),使用现有封装方法进行封装后,基本都变形了(左侧)。(图片出自:Connectec Japan)

在80℃环境下进行封装,把电池、无线、温度传感器一体化的小型模块。体积减小50%。据说按照现行的封装方法,无法进行内置电池;也实现了小型AOC(Active Optical Cable)。也可以把VICSEL、PD 芯片直接封装到内置光导波路的FPC。采用现有方法的话,高温引起的基板膨胀会导致错位发生,因此需要对照着光轴进行修正,而80℃环境下的封装则可以获得较高的精度。

另外, 据说Connectec Japan现在正在研发30℃环境下的封装技术。据平田先生透露说,如果可以成功研发出30℃环境下封装技术的话,就在可耐热40℃的生物芯片(Biochip)、柔性聚氨酯(Stretchable Polyurethane)等材料上直接封装传感器、无线通信芯片,而且也可以运用于内埋式封装等更广阔的封装范围。

30℃环境下封装的未来构想图,在耐热40℃的生物芯片上集成传感器(图片出自:Connectec Japan)

这是30℃环境下封装的事例,把内置电池的传感模组安装在创可贴上,如果技术获得成功,只需贴一张创可贴,就可以进行感应。(图片出自:Connectec Japan)

用传统方法进行封装,MEMS振荡器、MEMS过滤器会由于热应力而引起特性的变化;如果在30℃环境下进行封装,产品特性不受影响。(图片出自:Connectec Japan)

在30℃环境下,可进行Reuse、Disposal、Wearable等各种传感器的封装。(图片出自:Connectec Japan)

实现10μm线距基板的封装

此外,Connectec Japan也在推进较窄排线间距(Pitch)的研发,由于基板受热膨胀等因素的影响,40℃环境是传统封装方法的极限,然而ONSTER PAC可进行27.5μm线距产品的封装。Connectec Japan已经成功实现了10μm线距产品的封装,而且介绍了事例。因此,可以大幅度缩小封装面积、节约成本。

现有的封装方法与MONSTERPAC(线距为10μm)的比较。(图片出自:Connectec Japan)

10μm排线情况下,制作凸形Master Mold(左)后,又制作了凹形的Replica Mold(中间),把排线和Bump一起印刷在基板上(右)(图片出自:Connectec Japan)

通过运用10μm线距的基板,就不再需要以往的TSV Silicon Interposer,可以降低成本。(图片出自:Connectec Japan)

开发中的应用了10μm线距的HBM 模组样品。

此外,Connectec Japan还计划在2020年以后上市,发挥“生产面积仅如一家便利店”这样小规模生产的特点,今后可能讨论特别经营权(Franchise)的方式。

· 2019-06-10 10:42  本新闻来源自:CINNO,版权归原创方所有

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