2017封測年會筆記：物聯(lián)網(wǎng)時代的先進封裝

　　2017年中國半導體封裝測試技術與市場年會已經(jīng)過去一個月了，但半導體這個需要厚積薄發(fā)的行業(yè)不需要蹭熱點， 一個月之后， 年會上專家們的精彩發(fā)言依然余音繞梁。 除了“封裝測試”這個關鍵詞，嘉賓們提的最多的一個關鍵詞是 “物聯(lián)網(wǎng)”。 因此，將年會上的嘉賓觀點稍作整理，讓我們再一起思考一下物聯(lián)網(wǎng)時代的先進封裝。

　　智能手機增速放緩

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

　　物聯(lián)網(wǎng)可能成為下一個殺手級應用

　　根據(jù)IHS的預測，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點連接數(shù)在2025年將會達到700億。

　　從數(shù)量上來看，物聯(lián)網(wǎng)將十億量級的手機終端產(chǎn)品遠遠拋在后面，很可能會成為下一波的殺手級應用。但物聯(lián)網(wǎng)的問題是產(chǎn)品多樣化， 應用非常分散。我們面對的市場正從單一同質化大規(guī)模市場向小規(guī)模異質化市場發(fā)生變化。對于半導體這種依靠量的行業(yè)來說，芯片設計和流片前期投入巨大，沒有量就不能產(chǎn)生規(guī)模效應，攤銷到每塊芯片的成本非常高。

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

　　這些關鍵要素會刺激CPU/AP/GPU， SSD/Memory, 生物識別芯片，無線通訊器件，傳感器， 存儲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性， 向既追求制程先進性，也最求產(chǎn)品線的寬度發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)時代的芯片可能的趨勢是： 小封裝， 高性能, 低功耗, 低成本, 異質整合(Stacking， Double Side, EMI Shielding, Antenna…)。

　　汽車電子的封裝需求： 汽車電子目前的熱點在于ADAS系統(tǒng)和無人駕駛AI 深度學習。 全球汽車2016年產(chǎn)銷量約為8000萬臺，其中中國市場產(chǎn)銷量2800萬臺， 為汽車電子提供了足夠大的舞臺。 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)， 前方碰撞預警系統(tǒng)(FCW)， 自動緊急剎車系統(tǒng)(AEBS)，車距控制系統(tǒng)(ACC)， 夜視系統(tǒng)(NV)市場也在快速成長。中國一二線城市交規(guī)越來越嚴格也使得人們對ADAS等汽車電子系統(tǒng)的需求提升。ADAS，無人駕駛，人工智能，深度學習對數(shù)據(jù)處理實時性要求高，所以要求芯片能實現(xiàn)超高的計算性能，另外對芯片和模塊小型化設計和散熱也有要求，未來的汽車電子芯片可能需要用2.5D技術進行異構性的集成，比如將CPU， GPU， FPGA， DRAM集成封裝在一起。

　　個人移動終端的封裝需求： 個人消費電子市場也將繼續(xù)穩(wěn)定增長， 個人消費電子設備主要的訴求是小型化，省電， 高集成度， 低成本和模塊化。比如個人移動終端要求能實現(xiàn)多種功能的模塊化，將應用處理器模塊， 基帶模塊，射頻模塊，指紋識別模塊，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，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計。

　　5G網(wǎng)絡芯片的封裝需求： 5G網(wǎng)絡和基于物聯(lián)網(wǎng)的NB-IOT網(wǎng)絡建設意味著網(wǎng)絡芯片市場將會有不錯的表現(xiàn)。與網(wǎng)絡密切祥光的大數(shù)據(jù)，云計算和數(shù)據(jù)中心，對存儲器芯片和FPGA GPU/CPU的需求量非常大。通信網(wǎng)絡芯片的特點是大規(guī)模，高性能和低功耗，此外， 知識產(chǎn)權(IP)核復雜、 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)絡芯片封裝從Bumping & FC發(fā)展到2.5D， FO-MCM 和3D。而TSV技術的成功商用，使芯片的堆疊封裝技術取得了實質性進展， 海力士和三星已成功研發(fā)出 3D堆疊封裝的高帶寬內存(HBM)， Micron和Intel等也正在聯(lián)合推動堆疊封裝混合存儲立方體(HMC) 的 研 發(fā) 。 在 芯 片 設 計 領 域 ， BROADCOM、GLOBAL FOUNDRIES 等公司也成功引入了TSV技術，目前已 能為通信網(wǎng)絡芯片提供2.5D堆疊后端設計服務。

　　上游晶圓代工廠供應端對封裝的影響

　　一方面，下游市場需求非常旺盛，另外一方面，大基金帶領下的資本對晶圓代工制造業(yè)持續(xù)大力投資，使得上游的制造一直在擴充產(chǎn)能. 據(jù)SEMI估計, 全球將于2017年到2020年間投產(chǎn)62座半導體晶圓廠，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40 nm 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，消費電子和網(wǎng)絡通信行業(yè)對芯片集成度、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， 其中臺積電28nm制程量產(chǎn)已經(jīng)進入第五年，甚至已經(jīng)跨入10Xnm制程。

　　隨著晶圓技術節(jié)點不斷逼近原子級別， 摩爾定律可能將會失效。如何延續(xù)摩爾定律?可能不能僅僅從晶圓制造來考慮，還應該從芯片制造全流程的整個產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)考慮問題，需要對芯片設計，晶片制造到封裝測試都進行系統(tǒng)級的優(yōu)化。

　　因此，晶圓制造，芯片封測和系統(tǒng)集成三者之間的界限將會越來越模糊。首先是芯片封測和系統(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板級封裝也將大規(guī)模降低封裝成本，提高勞動生產(chǎn)效率。其次，芯片制造和芯片封測之間出現(xiàn)了扇入和扇出型晶圓級封裝，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。

　　先進封裝的發(fā)展現(xiàn)狀

　　先進封裝形式在國內應用的越來越多， 傳統(tǒng)的TO和DIP封裝類型市場份額已經(jīng)低于20%，

　　最近幾年，業(yè)界的先進封裝技術包括以晶圓級封裝(WLCSP)和載板級封裝(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封裝技術主要應用于邏輯模塊間集成， FPGA芯片等產(chǎn)品的封裝，集成度較低。2014年， 業(yè)界的3D TSV封裝技術己有部分應用于內存芯片和高性能芯片封裝中， 比如大容量內存芯片堆疊。2015年， 2.5D TSV技術開始應用于一 些高端GPU/CPU, 網(wǎng)絡芯片, 以及處理器(AP)+內存的集成芯片中。3D封裝在集成度、性能、功耗， 更小尺寸，設計自由度，開發(fā)時間等方面更具優(yōu)勢，同時設計自由度更高，開發(fā)時間更短，是各封裝技術中最具發(fā)展前景的一種。在高端手機芯片， 大規(guī)I/O芯片和高性能芯片中應用廣泛，比如一個MCU加上一個SiP， 將原來的尺寸縮小了80%。

　　目前國內領先封裝測試企業(yè)的先進封裝能力已經(jīng)初步形成

　　長電科技王新潮董事長在2017半導體封裝測試年會上， 對于中國封測廠商目前的先進封裝技術水平還提到三點：

　　SiP系統(tǒng)級封裝： 目前集成度和精度等級最高的SiP模組在長電科技已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn);華天科技的TSV+SiP指紋識別封裝產(chǎn)品已經(jīng)成功應用于華為系列手機。

　　WLP晶圓級封裝： 長電科技的Fan Out扇出型晶圓級封裝累計發(fā)貨超過15億顆， 其全資子公司長電先進已經(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晶圓級封裝基地之一。

　　FC倒裝封裝： 通過跨國并購 ，國內領先企業(yè)獲得了國際先進的FC倒裝封裝技術， 比如長電科技的用于智能手機處理器的FC-POP封裝技術; 通富微電的高腳數(shù)FC-BGA封裝技術; 國內三大封測廠也都基本掌握了16/14nm的FC倒裝封裝技術。