[原創] 這個技術有多難？全世界只有兩家公司會！|半導體行業觀察

晶圓代工大廠格芯於2017年8月 15 日宣布，採用高效能 14 納米 FinFET 製程技術的 FX-14 特定應用積體電路（ASIC）整合設計系統，已通過 2.5D 封裝技術解決方案的矽功能驗證。

目前，全由晶圓代工大廠中，僅台積電擁有集成扇出型封裝（InFO）技術，速度效能較傳統的覆晶技術要高 10%，讓台積電在市場競爭上具備競爭實力。如今，格芯也成功進入先進晶圓封裝的領域，成為全球唯二擁有這類技術的廠商，將進一步增加市場的競爭優勢。

集成扇出型封裝（InFO）技術是什麼

說到InFO技術，就不得不提到FOWLP。

Fan Out WLP的英文全稱為（Fan-Out Wafer Level Packaging；FOWLP），中文全稱為（扇出型晶圓級封裝），其採取拉線出來的方式，成本相對便宜；FOWLP可以讓多種不同裸晶，做成像WLP製程一般埋進去，等於減一層封裝，假設放置多顆裸晶，等於省了多層封裝，有助於降低客戶成本。此時唯一會影響IC成本的因素則為裸晶大小。

DIGITIMES Research觀察，系統級封裝（System in Package；SiP）結合內嵌式（Embedded）印刷電路板（Printed Circuit Board；PCB）技術雖符合移動設備小型化需求，然於供應鏈與成本存在問題，另一方面，扇出型晶圓級封裝不僅設計難度低於矽穿孔（Through Silicon Via；TSV） 3D IC，且接近2.5D IC概念與相對有助降低成本。

FOWLP封裝最早在2009~2010年由Intel提出，僅用於手機基帶晶元封裝。

2013年起，全球各主要封測廠積極擴充FOWLP產能，主要是為了滿足中低價智慧型手機市場，對於成本的嚴苛要求。FOWLP由於不須使用載板材料，因此可節省近30%封裝成本，且封裝厚度也更加輕薄，有助於提升晶片商產品競爭力。

台積電（TSMC）在扇出型晶圓級封裝領域投入並開發了集成扇出型（Integrated Fan-Out, InFO）封裝技術 ，改變了晶圓級封裝的市場格局。隨著InFO技術的大規模應用，以及嵌入式晶圓級球柵陣列（eWLB）技術的進一步發展，一批新廠商和扇出型晶圓級封裝技術可能將進入市場。台積電的扇出型晶圓級封裝解決方案被稱為InFO，已用於蘋果iPhone 7系列手機的A10應用處理器封裝，其量產始於2016年。

台積電在2014年宣傳InFO技術進入量產準備時，稱重布線層（RDL）間距（pitch）更小（如10微米），且封裝體厚度更薄。

InFO給予了多個晶元集成封裝的空間，比如：8mm x 8mm平台可用於射頻和無線晶元的封裝，15mm x 15mm可用於應用處理器和基帶晶元封裝，而更大尺寸如25mm x 25mm用於圖形處理器和網路等應用的晶元封裝。

2016年可以說是扇出型封裝市場的轉折點，蘋果和台積電的加入改變了該技術的應用狀況，可能將使市場開始逐漸接受扇出型封裝技術。扇出型封裝市場將分化發展成兩種類型：

- 扇出型封裝「核心」市場，包括基帶、電源管理及射頻收發器等單晶元應用。該市場是扇出型晶圓級封裝解決方案的主要應用領域，並將保持穩定的增長趨勢。

- 扇出型封裝「高密度」市場，始於蘋果公司APE，包括處理器、存儲器等輸入輸出數據量更大的應用。該市場具有較大的不確定性，需要新的集成解決方案和高性能扇出型封裝解決方案。但是，該市場具有很大的市場潛力。

扇出型封裝的挑戰

雖然FOWLP可滿足更多I/O數量之需求。然而，如果要大量應用FOWLP技術，首先必須克服以下之各種挑戰問題：

（1） 焊接點的熱機械行為： 因FOWLP的結構與BGA構裝相似，所以FOWLP焊接點的熱機械行為與BGA構裝相同，FOWLP中焊球的關鍵位置在硅晶片面積的下方，其最大熱膨脹係數不匹配點會發生在硅晶片與PCB之間。

（2） 晶片位置之精確度： 在重新建構晶圓時，必須要維持晶片從持取及放置（Pick and Place）於載具上的位置不發生偏移，甚至在鑄模作業時，也不可發生偏移。因為介電層開口，導線重新分布層（Redistribution Layer; RDL）與焊錫開口（Solder Opening）製作，皆使用黃光微影技術，光罩對準晶圓及曝光都是一次性，所以對於晶片位置之精確度要求非常高。

（3） 晶圓的翹曲行為： 人工重新建構晶圓的翹曲（Warpage）行為，也是一項重大挑戰，因為重新建構晶圓含有塑膠、硅及金屬材料，其硅與膠體之比例在X、Y、Z三方向不同，鑄模在加熱及冷卻時之熱漲冷縮會影響晶圓的翹曲行為。

（4） 膠體的剝落現象： 在常壓時被膠體及其他聚合物所吸收的水份，在經過220~260℃迴焊（Reflow）時，水份會瞬間氣化，進而產生高的內部蒸氣壓，如果膠體組成不良，則易有膠體剝落之現象產生。

此外，市場的發展也給FOWLP封裝技術帶來了一定的挑戰。

根據麥姆斯諮詢的一份報告顯示。儘管扇入型封裝技術的增長步伐到目前為止還很穩定，但是 全球半導體市場的轉變，以及未來應用不確定性因素的增長，將不可避免的影響扇入型封裝技術的未來前景。

隨著智能手機出貨量增長從 2013 年的 35% 下降至 2016 年的8%，預計到 2020 年這一數字將進一步下降至 6%，智能手機市場引領的扇入型封裝技術應用正日趨飽和。儘管預期的高增長並不樂觀，但是智能手機仍是半導體產業發展的主要驅動力，預計 2020 年智能手機的出貨量將達 20 億部。

扇出型封裝有哪些公司

除了台積電之外，STATS ChipPAC（新加坡星科金朋）將利用JCET（江蘇長電科技）的支持進一步投入扇出型封裝技術的開發（2015年初，江蘇長電科技以7.8億美元收購了新加坡星科金朋）；ASE（日月光集團）則和Deca Technologies建立了深入的合作關係（2016年5月，Deca Technologies獲日月光集團6000萬美元投資，日月光集團則獲得Deca Technologies的M系列扇出型晶圓級封裝技術及工藝授權）；Amkor（安靠科技）、 SPIL（矽品科技）及Powertech（力成科技）正瞄準未來的量產而處於扇出型封裝技術的開發階段。三星看上去似乎有些落後，它正在抉擇如何參與競爭。

TechSearch International總裁Jan Vardaman指出，在iPhone 7內部，主要的印刷電路板（PCB）上包含了43種其他晶圓級（wafer-level）封裝，照明電纜和耳機上亦有採用此技術。

聯發科和海思的應用處理器（AP）也將跟進採用先進的封裝方式，其他業者如大陸手機廠Oppo和Vivo也已經採用其他更新穎的技術。新的封裝技術如雨後春筍般出現，重點均在於多元異質模組整合（heterogeneous integration），因為主機板空間越來越壅擠，晶元封裝必須設法縮小尺寸。

在琳琅滿目的新技術中，扇出型晶圓級封裝（fan-out wafer-level packaging；FOWLP）運作了近10年之後，現在已成為移動市場的首選。第一代扇出型封裝是採用英飛凌（Infineon）的嵌入式晶圓級球閘陣列（eWLB）技術，此為2009年由飛思卡爾（Freescale，現為恩智浦）所推出。

但是集成扇出型封裝（InFO）在此之前就只有台積電能夠生產！

集成扇出型封裝壟斷局面已改變

但是這種情況現在已經改變。

根據格芯表示，採用高效能 14 納米 FinFET 製程技術的 FX-14 特定應用積體電路（ASIC）整合設計系統解決方案包含一個縫合載板中介層，用以克服微影技術的限制，以及一個和 Rambus 研發的多通道 HBM2 PHY，每秒可處理 2Tbps。本解決方案以 14 納米 FinFET 技術展示，將整合至格羅方德新一代 7 納米 FinFET 製程技術的 FX-7 ASIC 設計系統。

格羅方德的產品開發副總 Kevin O』Buckley 表示，隨著近年來互連與封裝技術出現大幅進展，晶圓製程與封裝技術間的界線已趨模糊。將 2.5D 封裝技術整合至 ASIC 設計中，能帶來突破性的效能提升，這也再次展現格羅方德的技術能力。這項進展讓我們能從產品設計開始一路到製造與測試，以一站式、端對端的形式支持客戶。

而 Rambus 存儲器 PHY 目標為在低延遲與高頻寬要求的系統中，處理高端網路及數據中心的高密集運算。PHY 符合 JEDEC （固態技術協會）JESD235 標準，支持的數據傳輸率高達 2Gbps，整體頻寬可達 2Tbps。Rambus 存儲器及界面部門資深副總暨總經理 Luc Seraphin 指出，與格羅方德合作，結合 HBM2 PHY，以及格羅方德的 2.5D 封裝技術及 FX-14 ASIC 設計系統，為產業發展快速的各種應用提供徹底整合的解決方案。

格羅方德指出，未來將充分利用在 FinFET 製成技術的量產經驗，讓 FX-14 及 FX-7 成為完整的 ASIC 設計解決方案。FX-14 及 FX-7 的功能化模組以業內最廣、最深的知識產權（IP）組合為基礎，得以為新一代有線通訊／5G 無線聯網、雲端／數據中心伺服器、機器學習／深度神經網路、汽車、太空／國防等應用，提供獨特的解決方案。

先進封裝行業成創新引擎

在過去的幾年裡，先進封裝行業已經吸引了越來越多的關注。封裝業從IC製造商的服務行業轉變為為「超越摩爾」定律的創新引擎和關鍵領域，促使半導體行業的進一步發展並增加了創新應用的附加值。據Yole報告顯示，先進封裝行業市場規模在2016年為220億美元，到2020年將增長到約300億美元。

麥肯錫指出，摩爾定律時代下封裝行業的特點：重人力成本、輕資本與技術 。這一階段也可以稱之為摩爾定律下的傳統封裝。

在摩爾定律驅動半導體產業發展的時代，半導體產業鏈「設計—製造—封測」的核心主要集中在設計和製造環節，三大產業中，設計對技術積累與人才要求最高;而製造對資本投入有大量的要求，呈現強者恆強的局面; 唯有封裝產業對資本與人才要求相對較低，而對人工成本相對敏感。

而「超越摩爾」時代下的封裝行業則有所不同：從人力成本驅動走向技術與資本雙輪驅動，龍頭廠商將會深度受益。

更為明顯的是，「超越摩爾」時代，封裝行業地位將會顯著提升，先進封裝成為延續摩爾定律的關鍵。

中國先進封裝佔比穩步提升

2015年中國封裝市場營收3017.3百萬美元，同比增長28%，預計至2020年可達5484.1 百萬美元，2015年至2020年 GAGR 12.7%，中國封裝產業全球份額將隨之由2015年的 12%增至2020年的17%。

2015年，中國生產的IC晶元數量僅占其消耗量的12.5%。因此，中國IC晶元進口額超過石油，長期居各類進口產品之首。

同年，中國先進封裝生態系統產生超過10億美元的投資。

目前，中國有超過100家公司涉足半導體封裝和組裝領域。幾乎全球主要的IDM和封測廠商都在中國設有封裝工廠，以獲得成本優勢。在中國進行封裝和組裝的IC晶元中，有很多產品的出貨量來自於小廠商，他們主要從事低引腳數的晶元封裝，且專註於中國市場。

總結

如何才能在激烈的競爭中存活下去?我們應當明白，無論是從價值量的角度還是從市場地位角度，封裝環節都有顯著的提升，中國與全球的先進封裝市場將蓬勃發展。但是另一方面，封裝也從人力成本驅動走向技術與資本雙輪驅動，只有龍頭廠商才有可能參與其中，市場集中度將進一步提升，更大的蛋糕將由更少的人分!

正是由於我國的人力成本優勢，過去幾年我國半導體封裝行業蓬勃發展，增速遠超設計與製造行業。由於封裝行業對人力成本最為敏感，而中國過去十幾年人力成本遠低於歐美與台灣水平，因此封測成為中國半導體過去幾十年發展最成熟的產業。

但是隨著中國人力成本的不斷提升，以及先進封裝行業以技術為主要驅動力的發展趨勢，則要求中國半導體封裝產業必須轉變思路，從人力成本為主，轉為重點發展技術，才能真正的迎來成熟！（文/劉燚）

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