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芯片加工制造的阴阳交织

由于技术门槛和附加值相对较低,封装测试环节最早从芯片加工制造过程中被剥离,成为独立子行业,这就是封装测试业被简称为OSAT(外包封测业务,Outsourced Semiconductor Assembly and Test)的原因,其重心也最早从欧美转移到亚洲地区。

传统上,半导体的工艺演进只看制造环节,但伴随平面微缩技术接近物理极限,封装技术在先进工艺发展中的作用越来越大。

“钓到了一条大鱼”

在2019中国封装测试技术与市场年会上,中国工程院许居衍院士就指出,经典2D缩放已经“耗尽”现有的技术资源,由于复杂SoC投入大、风险高、开发周期长,单纯依靠平面工艺尺寸微缩来实现性能翻番的方法已经失灵。三维集成,尤其是三维异质集成,成为当前最受关注的提高集成度的技术方向。

中芯国际联席首席执行官赵海军也表示,摩尔定律红利剩下的节点不多了,但系统复杂度需求仍将按原来的轨道继续走下去。方法就是把增加的部分放到另外的芯片中去,然后叠拼起来,采用系统封装方式来增加集成度。

赵海军进一步指出,由于先进工艺技术的学习曲线成本太高,把一个大芯片分成几个小芯片来生产以后,在封装层面上实现系统集成,可以让成品率大幅度提高,提前完成升级换代。

封装成为撬动集成度演进的新支点,从主要厂商的投入程度也可以看出来。近日,英特尔就在中国召开媒体会,罕见地专门介绍其先进封装技术,并将封装作为六大支柱技术之一的一部分。通过封装级集成和SoC分解,在封装层面实现更好的PPA(功耗、性能、面积),从而延续摩尔定律。

而全球晶圆代工龙头台积电,在张忠谋退而复出之际,就开始筹划进入封装领域,而封装成为与三星争夺苹果手机处理器订单的胜负手。“工艺那么落后,有什么好做的?”亚智科技股份有限公司资深销售处长简伟铨告诉探索科技(techsugar),最开始台积电内部并不看好封测项目,但真正做进去以后,发现封装技术对先进工艺的支撑不容小觑,“我们钓到了一条大鱼”。

多方获益的面板级扇出型封装

帮助台积电钓到大鱼的技术,就是晶圆级扇出封装(FO-WLP),台积电称之为InFO(整合型扇出封装,Integrated Fan-out)。

据亚智科技股份有限公司资深技术经理郑海鹏介绍,扇出型封装最早由飞思卡尔(现恩智浦)在2007年引入量产,飞思卡尔的扇出型封装被命名为RCP,即芯片重组封装(RCP,Redistributed Chip Package),是系统级封装的一种。英飞凌、英特尔等整合元件制造商(IDM)也随后推出类似的封装,日月光、长电等封测厂商则更晚一点推出类似封装。

由于良率和成本的问题,早期扇出型封装的市场接受度并不高,扇出型封装真正开始火爆是在台积电2016年量产InFO以后。利用InFO,台积电将 16 纳米逻辑 SoC 芯片和 DRAM 芯片做整合,达到了功耗低、体积小、散热佳、频宽高的效果,并于当年拿下苹果手机处理器的全部订单。

在先进封装技术上尝到甜头的台积电一发不可收,继续加大制造工艺与封装工艺的联合研发,据供应链消息,现在台积电最先进的7纳米制程芯片,其封装指定只能在台积电工厂生产。

晶圆级扇出封装,非常适合台积电这种代工企业,因为可以利用旧晶圆制造产线来改造成封装制造产线(在晶圆上做封装),但封测企业则需要较大投入。产业界还在开发的一种扇出型封装技术,即面板级扇出封装(FO-PLP,Fan-Out Panel Level Package)。

顾名思义,面板级扇出封装利用面板设备来做封装,相比晶圆级扇出封装,具有成本低、面积使用率高(生产效率高)等特点。不像半导体制造中旧工艺仍有客户使用,由于小尺寸平面显示器市场需求已经极度萎缩,面板厂已经开始将小尺寸产线淘汰,但是这些小尺寸面板生产线,可以通过生产面板级扇出封装,继续发挥余热。对面板厂商而言,这是有益无害的尝试。

郑海鹏还表示,由于扇出型封装都不需要底板,PCB厂商不免担心被挤出系统级封装市场。有了面板级扇出封装,PCB厂商也可以通过技术改造和设备升级,快速跨入先进封装市场。

而对传统封测厂而言,投资FOPLP产线的成本,也相对更低。

旧市场的扩充,新技术的导入

作为总部在德国的设备厂商,亚智的优势是在光伏、面板和PCB市场,在封测领域是地道的新人。当被问到为何会进入封测设备市场,简伟铨解释,目前亚智在封测领域的尝试会集中在面板级扇出封装上,而在这个方向,亚智之前在面板领域和PCB领域的经验都可以借鉴。

“这是旧市场的扩充,与新技术的导入”,郑海鹏认为,面板级扇出封装是新技术,但扇出封装市场已经被培育起来,所以只要技术开发顺利,量产以后并不用担心市场需求。郑海鹏还表示,与晶圆级扇出封装相比,面板级扇出封装,将会集中在相对中低端的应用,高端高性能扇出型封装,还是会采用晶圆级封装。

目前已经有三星等厂商在尝试面板级扇出封装,但简伟铨认为,面板级扇出封装真正在市场上有良好表现,还要等三五年。“市场对新技术有一个接受期,就像OLED,最早推出OLED技术的厂商,并未在市场上取得先机。”

新技术的引入,也许走错方向,最终销声匿迹;也许突破障碍,成长为市场上不可忽视的力量;甚至一飞冲天颠倒阴阳,改变了原有格局。不管哪种方式,技术发展史总是难易相间、阴阳交织地螺旋式上升,循环往复,以至无穷。

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