苹果A10之后 高通海思开始导入FOWLP封装
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台积电推出整合扇出型晶圆级封装(InFO WLP)今年第二季开始量产,成功为苹果打造应用在iPhone 7的A10处理器。看好未来高阶手机芯片采用扇出型晶圆级封装(Fan-Out WLP,FOWLP)将成主流趋势,封测大厂日月光经过多年研发布局,年底前可望开始量产,并成功夺下高通、海思大单。
台积电成功跨入InFO WLP高阶封装市场,虽然现在只有苹果一家客户进入量产,但已确立功能强大且高接脚数的手机芯片或应用处理器,未来将转向采用FOWLP封装技术的发展趋势。
台积电InFO WLP第二季进入量产,第三季开始出货,第四季可望挹注逾1亿美元营收,且明年中可望完成10纳米芯片InFO WLP封装产能认证并进入量产。
苹果A10应用处理器采用台积电16纳米制程及InFO WLP封装技术,打造史上最薄的处理器芯片,自然带动其它手机芯片厂纷纷跟进。相较于传统手机芯片采用的封装内搭封装(PoP)制程,FOWLP的确可以有效降低成本,但考量台积电InFO WLP价格太高,包括高通、联发科、海思等手机芯片厂找上了封测代工龙头日月光,合作开发更具成本优势的FOWLP技术。
日月光2014年起跟随台积电脚步投入FOWLP封装技术研发,原本采用面板级(PanelLevel)扇出型技术,但今年已转向晶圆级(Wafer Level)技术发展,并在下半年完成研发并导入试产。据了解,日月光已建置2万片月产能的FOWLP封装生产线,并成功拿下高通及海思大单,成为继台积电之后、全球第二家可以为客户量产FOWLP封装的半导体代工厂。
日月光不评论单一客户接单情况,但表示FOWLP封装的确是未来一大主流。日月光营运长吴田玉日前提及,日月光今年在系统级封装(SiP)及FOWLP的投资项目很多,主要是客户对这方面技术要求积极,预期今年相关业务就会有新成就。
台积电已开始在中科厂区建立新的InFO WLP产能,但共同执行长刘德音日前参加台湾半导体协会年会时表示,台积电真正想做的是3D IC的整合,还是要靠台湾半导体产业链共相盛举。对此,日月光认为,未来FOWLP市场上,与台积电的合作会大于竞争,可望共同在台湾建立完整FOWLP生态系统,也可争取更多客户采用及释出代工订单。
延伸阅读
什么是 FOWLP
Fan Out WLP的英文全称为(Fan-Out Wafer Level Packaging;FOWLP),中文全称为(扇出型晶圆级封装),其采取拉线出来的方式,成本相对便宜;fan out WLP可以让多种不同裸晶,做成像WLP制程一般埋进去,等于减一层封装,假设放置多颗裸晶,等于省了多层封装,有助于降低客户成本。此时唯一会影响IC成本的因素则为裸晶大小。
Fan-out封装最早在2009~2010年由Intel Mobil提出,仅用于手机基带芯片封装。
2013年起,全球各主要封测厂积极扩充FOWLP产能,主要是为了满足中低价智慧型手机市场,对于成本的严苛要求。FOWLP由于不须使用载板材料,因此可节省近30%封装成本,且封装厚度也更加轻薄,有助于提升芯片商产品竞争力。
优势:
系统级封装(System in Package;SiP)结合内嵌式(Embedded)印刷电路板(PrintedCircuit Board;PCB)技术虽符合移动设备小型化需求,然而供应链与成本存在问题,另一方面,扇出型晶圆级封装(Fan-out Wafer Level Package;FoWLP)不仅设计难度低于矽穿孔(ThroughSilicon Via;TSV)3D IC,且接近2.5D IC概念与相对有助降低成本,可望成为先进封装技术的发展要点。
挑战:
虽然Fan-Out WLP可满足更多I/O数量之需求。然而,如果要大量应用Fan-Out WLP技术,首先必须克服以下之各种挑战问题:
(1)焊接点的热机械行为:因Fan-Out WLP的结构与BGA构装相似,所以Fan-Out WLP焊接点的热机械行为与BGA构装相同,Fan-Out WLP中焊球的关键位置在矽芯片面积的下方,其最大热膨胀系数不匹配点会发生在矽芯片与PCB之间。
(2)芯片位置之精确度:在重新建构晶圆时,必须要维持芯片从持取及放置(Pick and Place)于载具上的位置不发生偏移,甚至在铸模作业时,也不可发生偏移。因为介电层开口,导线重新分布层(Redistribution Layer; RDL)与焊锡开口(Solder Opening)制作,皆使用黄光微影技术,光罩对准晶圆及曝光都是一次性,所以对于芯片位置之精确度要求非常高。
(3)晶圆的翘曲行为:人工重新建构晶圆的翘曲(Warpage)行为,也是一项重大挑战,因为重新建构晶圆含有塑胶、矽及金属材料,其矽与胶体之比例在X、Y、Z三方向不同,铸模在加热及冷却时之热涨冷缩会影响晶圆的翘曲行为。
(4)胶体的剥落现象:在常压时被胶体及其他聚合物所吸收的水份,在经过220~260℃回焊(Reflow)时,水份会瞬间气化,进而产生高的内部蒸气压,如果胶体组成不良,则易有胶体剥落之现象产生。
对 PCB 市场的冲击:
本文开头讲到苹果在今年下半年推出的iPhone 7上将会使用此封装技术,由于苹果一年可卖出上亿台iPhone,若未来采用FOWLP封装,势必影响印刷电路板市场需求。
在印刷电路板市场上,用于半导体的印刷电路板属于附加价值较高的产品。2015年全球半导体印刷电路板市场规模约为84亿美元,但面对新技术与苹果的决策影响,未来恐难维持相同市场规模。
所以业界预测,未来可能将FOWLP技术扩大用于其他零件,其他行业者也可能跟进,因此印刷电路板市场萎缩只是时间早晚的问题。
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