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基板扇出型封装工艺及应用

主动有为，踔厉前行，共创封测产业新时代，2022年中国半导体封装测试技术与市场年会于11月15-16日在江苏南通成功举办。

合肥矽迈微电子科技有限公司总经理谭小春以《基板扇出型封装工艺及应用》为题，分享了扇出型封装结构的特点和优势、扇出型封装面临的机遇和挑战、合肥矽迈扇出型方面应用案例。

扇出型工艺有不同的实现模式，基于合肥矽迈的工艺而言，扇出型基本工艺流程包括：晶圆植球/磨划、装片、一层布线、二层布线、外置引脚、化学沉锡。

扇出型基本工艺流程

扇出型封装结构有以下特点：
RDL替代焊线连接，可降低封装电阻，减少线弧度带来的寄生电感，这个对高频应用特别重要；通过两层或者多层RDL布局可以允许输出管脚的多种布局；无框架且不需要装片材料：用RDL方式和芯片直接互联形成框架结构，有更好的导热和导电性；用RDL方式和芯片bump直接互联并形成外观焊接管脚；RDL连线可以允许更小芯片Pad的间距设计；过程不需要高温reflow，降低产品结构应力。



传统封装工艺的升级替代

基于Lead frame的工艺替代
通常Wire Bond工艺是从芯片表面的I/O通过引线连接到框架。用Fan-out工艺进行结构的替代，通过RDL从芯片表面采用激光钻孔等模式引到下面，这整个就是一个Wire Bond的结构。

基于Lead frame的工艺替代

针对Flip chip而言，传统的Flip chip是在框架和基板上通过倒装的方式形成封装的结构。采用Fan-out工艺，通过在芯片上形成RDL，RDL上面形成焊接盘的方式，引出来形成倒装的结构。


从结构上面，这两种模式会实现一样的功能和性能，需要解决产品的可靠性和成本问题。

基于多层基板的工艺替代
传统的基板可以做到2层板、3层板，甚至到8层板，采用Fan-out工艺，可以直接在芯片上面进行多层的RDL布局，最终会形成同样的封装结构。

基于多层基板的工艺替代

这个过程，所有的基板都在Fan-out工艺过程中实现出来。相对基板而言，RDL很明显的优势在于它的多样性。



扇出型封装挑战和机遇

基于传统替代的方式，扇出型封装面临着以下挑战和机遇。


挑战：扇出型工艺和传统工艺差别大，没有同样的标准，包括产品结构、外观以及可靠性验证等；相关工艺人才基础缺乏；先进设备能力和材料能力和国外有差距。

国内机遇：扇出型工艺还处在发展初期，但应用前期广泛；国内封装测试有很大的应用市场；国内封装设备材料已经形成了相对完整的供应链；当前产业环境下，创新产品和技术容易被市场接受；产业政策鼓励创新。



合肥矽迈扇出型封装概况

合肥矽迈微电子科技有限公司于2015年底成立，是一家专注于半导体先进封装的科技企业，并建成了国内首条具备量产能力的基板扇出封装生产线，完成了工艺开发，客户认证和试验量产等环节。


产品包括系统级三维模块、Fan-out、扇出型DFN封装、新型传感器封装、六面包封的CSP封装等。

合肥矽迈扇出型方面应用案例
霍尔器件

扇出型方面应用案例—霍尔器件

六面包封CSP

扇出型方面应用案例—六面包封CSP

射频器件

扇出型方面应用案例—射频器件

堆叠结构

扇出型方面应用案例—堆叠结构

异质结构

扇出型方面应用案例—异质结构


扇出型封装有很多优势，如互联电阻小，有效降低寄生电性；高可靠性，高导电性；低成本，高产出；封装尺寸小，组件集成度高；散热面积大，降低产品热阻等。其最大的特点是结构的自由化。可根据客户的要求进行封装结构内部的调整，包括散热性能、导电性能、电容匹配、电感匹配等。

目前，在整个智能状态下，扇出型封装的频率越来越高，通过扇出型封装可以解决传统封装无法解决的一些问题。


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