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集成電路封測技術(shù)未來發(fā)展趨勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 藍(lán)箭電子    2023-08-03

傳統(tǒng)封裝技術(shù)仍然占據(jù)集成電路封測領(lǐng)域主要市場。根據(jù)《中國半導(dǎo)體封裝測試產(chǎn)業(yè)調(diào)研報(bào)告（2020 年版）》數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)封裝測試企業(yè)在先進(jìn)封裝產(chǎn)品市場己占有一定比例，約占總銷售額的 35%；同時(shí)，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國集成電路封裝行業(yè)技術(shù)發(fā)展歷程分析情況》數(shù)據(jù)顯示：現(xiàn)階段我國集成電路封裝市場中，DIP、SOP、QFP、SOT 等傳統(tǒng)封裝仍占據(jù)我國市場的主體，約占 70% 以上的封裝市場份額；BGA、CSP、WLCSP、3D 堆疊等高附加值封裝技術(shù)占比較小，占總產(chǎn)量約 20%6。

同時(shí)，傳統(tǒng)封裝技術(shù)正在根據(jù)市場需求和新技術(shù)的應(yīng)用，不斷開展革新，逐步形成具備先進(jìn)性的封裝技術(shù)。

先進(jìn)封裝是集成電路封裝技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著智能移動終端、5G 網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車、大數(shù)據(jù)、人工智能、可穿戴設(shè)備等新興行業(yè)的發(fā)展， 為適應(yīng)市場對小型化、低功耗、高集成產(chǎn)品的需求，全球先進(jìn)封裝市場不斷擴(kuò)容， Flip Chip、IP、Bumping、MEMS、Fan-out 等先進(jìn)封裝技術(shù)持續(xù)革新。

①倒裝技術(shù)是重要的先進(jìn)封裝技術(shù)

倒裝是相對于傳統(tǒng)的引線鍵合連接方式與植球的工藝而言，傳統(tǒng)工藝通過金屬線鍵合與基板連接的芯片電氣面朝上，而倒裝工藝將芯片的電氣面朝下，相當(dāng)于將前者翻轉(zhuǎn)過來，故稱其為“倒裝芯片”。

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件封裝需要通過打 線工藝完成芯片電極與框架的連接，存在阻抗高、降低封裝尺寸困難等問題，倒裝技術(shù)（Flip Chip）則有效地解決了這些問題。倒裝技術(shù)（Flip Chip）可以繞開打線環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)芯片電極與框架的連接，該封裝方式將芯片正面朝向基板，無需內(nèi) 引線鍵合，形成最短電路，降低阻抗。

同時(shí)倒裝技術(shù)采用金屬凸點(diǎn)連接，能夠縮 小封裝尺寸，改善電性能表現(xiàn)。倒裝技術(shù)（Flip Chip）與傳統(tǒng)內(nèi)引線鍵合技術(shù)相 比，傳送速度更快，更適合應(yīng)用在高腳數(shù)、小型化、多功能、高速度趨勢的 IC 產(chǎn)品中。 從發(fā)展歷程看，倒裝芯片互連方式主要有熱超聲工藝（采用金球凸點(diǎn)）、回 流焊工藝（采用錫球凸點(diǎn)）和熱壓工藝（采用銅柱凸點(diǎn)）等三種工藝。

回流焊工藝是目前最主流的倒裝技術(shù)，該技術(shù)采用在芯片上制作錫凸點(diǎn)，將芯片蘸取助焊劑后粘貼在基板上，并通過熱回流焊接，實(shí)現(xiàn)芯片與基板互連?；亓骱告I合工藝較原有熱超聲等工藝能夠?qū)崿F(xiàn)更小的凸點(diǎn)間距和更高的 I/O 密度， 能夠有效滿足移動設(shè)備迅速發(fā)展等對于封裝技術(shù)的要求。

隨著市場對小型化、低 功耗的器件需求增長，熱壓工藝逐步成為未來技術(shù)發(fā)展的趨勢。但是由于該技術(shù) 成本高、測試工藝不成熟、對于裝片精度、鍵合力度和速度的要求高，導(dǎo)致回流 焊工藝仍是目前主流實(shí)現(xiàn)倒裝芯片的工藝。 公司目前倒裝技術(shù)采用主流的回流焊工藝，通過在芯片表面的 I/O PAD 上生 長銅柱、沉積錫球，然后將芯片翻轉(zhuǎn)，通過回流焊加熱，熔融的錫球與基板相結(jié) 合，實(shí)現(xiàn)倒裝。

②SIP 系統(tǒng)級封裝技術(shù)是先進(jìn)封裝技術(shù)的另一技術(shù)發(fā)展趨勢

SIP 系統(tǒng)級封裝技術(shù)是將原有 PCB 板上不同功能的芯片集成到一顆芯片上或模塊化，壓縮模塊體積，縮短電氣連接距離，提升芯片系統(tǒng)整體功能性和靈活 性。SIP 工藝是將不同功能的芯片集成在一個(gè)封裝模塊里，大大提高了芯片的集成度，是延續(xù)摩爾定律規(guī)律的重要技術(shù)。

從系統(tǒng)級封裝形式看，系統(tǒng)級封裝主要 包括水平式、堆疊式以及埋入式等多種類型，從技術(shù)難度看，堆疊式與埋入式較 水平式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級封裝技術(shù)難度更大。 從封裝技術(shù)角度看，系統(tǒng)級封裝技術(shù)由于目標(biāo)是將多個(gè)不同芯片和元器件集 合在一個(gè)封裝體內(nèi)，因此不再是單一的封裝技術(shù)，而是多種封裝技術(shù)的結(jié)合。

當(dāng)前系統(tǒng)級封裝技術(shù)是涵蓋了引線鍵合（WB）、倒裝技術(shù)（FC）、封裝堆疊（PoP）、 芯片堆疊（CoC）、晶圓級封裝（WLP）、硅通孔（TSV）、埋入式基板等多種 封裝技術(shù)的組合。從應(yīng)用場景和市場需求看，引線鍵合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級封裝因 其兼容性強(qiáng)、成本低、市場應(yīng)用廣泛等仍然是不少廠商的技術(shù)選擇。

從技術(shù)難度 和未來發(fā)展趨勢看，利用了多種技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)級封裝則更加困難，也是目 前眾多廠商研究和追逐的熱點(diǎn)。

未來將進(jìn)一步加大先進(jìn)封裝及第三代半導(dǎo)體材料等適應(yīng)未來行業(yè)發(fā)展趨勢的研發(fā)。

③先進(jìn)封裝未來市場發(fā)展情況

根據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)顯示，2019 年全球系統(tǒng)級封裝規(guī)模為 134 億美元，占封測市場約 23.76%的份額，預(yù)計(jì)全球系統(tǒng)級封裝規(guī)模未來 5 年將以年均 5.81%的速度增長，預(yù)計(jì) 2025 年將達(dá)到 188 億美元的市場空間。

據(jù)蘋果官網(wǎng)介紹，蘋果最 款耳機(jī) AirPods Pro 使用了系統(tǒng)級封裝，該封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種功能的同時(shí)還滿足 了產(chǎn)品低功耗、短小輕薄的需求。

倒裝/焊線類是系統(tǒng)級封裝的主流技術(shù)方式。系統(tǒng)級封裝實(shí)現(xiàn)的路徑包括倒裝/ 焊線類、扇出式以及嵌入式等多種方式，其中倒裝/焊線類系統(tǒng)級封裝占據(jù)主要市場份額。

根據(jù) Yole 預(yù)測數(shù)據(jù)，2019 年倒裝/焊線類系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品市場規(guī)模為 122.39 億美元，占整個(gè)系統(tǒng)級封裝市場超過 90%，預(yù)計(jì)到 2025 年倒裝/焊線類系 統(tǒng)級封裝仍是系統(tǒng)級封裝主流產(chǎn)品，市場規(guī)模將增至 171.7 億美元。未來隨著市場對于封裝產(chǎn)品短小輕薄特征的需求不斷增長和 SIP 系統(tǒng)級封裝技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)級封裝將迎來廣闊的市場空間。