你知道MIS封裝嗎？| 半導體行業觀察

你知道MIS封裝嗎？| 半導體行業觀察

來自專欄 半導體行業觀察

來源：本文由長電科技陳靈芝博士翻譯自Semiconductor Engineering，原發於芯華社，謝謝。

MIS在模擬、功率IC和數字貨幣等領域作為一種新型封裝方式而出現。

基於一種新興技術MIS的IC封裝正在積蓄動力。

日月光（ASE）、嘉盛（Carsem）、長電科技（JCET）/ 星科金朋（STATS ChipTAC）、宇芯（Unisem）等都在開發基於MIS基板的IC封裝技術，目前在模擬、功率IC、及數字貨幣等市場領域迅速發展。

MIS封裝採用特有的基板材料，開始主要用在一些特定的IC封裝上。MIS基板目前有多家的供應商在進行開發及銷售，因此封裝廠可以從多家廠商採購，然後進行IC封裝。有人認為MIS基板是一種引線框。

MIS與傳統的基板不同，包含一層或多層預包封結構。每一層都通過電鍍銅來進行互連，以提供在封裝過程中的電性連接。MIS支持單晶元或多晶元封裝，為超薄、高密度細節距封裝提供方案。它可以被用於開發先進的引線框封裝、倒裝晶元封裝、模組封裝及系統級封裝。

表面上，MIS類似於扇出型（Fan-Out）晶圓級封裝。它們之間最大的區別是，MIS在I/O和密度方面稍加遜色。因此，在實際封裝使用中，MIS主要跟目前一些已經比較成熟的中端封裝進行競爭。

MIS已經存在了近十年，但市場剛剛開始起來。「（MIS）由於其先進的布線能力和可靠性，在高、低功率應用上都很適用，」 日月光工程技術營銷總監Mark Gerber說。

此外，MIS還為客戶提供了一種新的封裝選擇，以及現有封裝的一種潛在的替代方案。「出貨量在這幾年不斷上升，」Nokibul Islam說。「可以用MIS來替代一些傳統的如QFN封裝或基於引線框的封裝，因為MIS具有更細的布線能力，更優的電和熱性能，和更小的外形。」

還有， MIS封裝被鎖定用於數字貨幣晶元的封裝，進入了數字貨幣伺服器市場。這個市場的量是非常巨大的。當然也有一些人開始考慮數字貨幣市場是否或者說何時可能結束。

什麼是MIS？

MIS是在2010年左右開發的，長電科技是最早期的開發者之一，然後將這項技術授權給其兄弟公司芯智聯（MISpak）。

MISpak開發和銷售MIS材料給封裝廠（OSAT），其他MIS基板供應商還包括ASM、PPT、QDOS和SIMMTECH。

因此，封裝廠購買MIS基板有更多的選擇。然後，在封裝過程中，把晶元放在MIS基板上進行封裝，最後形成MIS封裝。

隨著時間的推移， MIS業務規模開始迅速成長。2017年，僅芯智聯（MISpak）一家就預計出貨25億顆，而在2010年，其出貨量僅2000萬顆。在MIS封裝領域，芯智聯（MISpak）宣稱其大約有30多家終端顧客。當然這中間還沒包括其他MIS供應商的出貨量。

MIS與傳統 IC封裝基板不同。傳統封裝採用的是有機基板，這是基於PCB類材料的多層基板技術。在封裝中，晶元置於基板之上。

「MIS技術的特點是，它是從包封技術引申發展出來的。在MIS基板中，銅布線是嵌入式的。因此，這種嵌入式結構就可以做到更細的布線，」 Nokibul Islam說。

MIS還具有其他的一些特性。「它使用包封料作為各層之間的絕緣材料，」 Mark Gerber說。「當你使用該類型的引線框，並在此上進行封裝，那麼封裝的包封料與引線框的材料特性就是相似的。因此，從吸潮性或功能的角度來看就非常好。」

目前製作MIS基板的方法有多種。MIS最早是以尺寸250mmX70mm的長條形出現 。MIS製作需要經過一系列的工藝步驟，如蝕刻、研磨、光刻、包封和電鍍。

比如，單層MIS工藝流程，往往從載板開始。「在金屬載板上，通過電鍍銅來製作基板的布線，」Nokibul Islam解釋道。「所以在完成電鍍銅後，下一步就是去除光阻膜工藝。」

在去膜後。「就開始進行包封。然後研磨包封料進行減薄，達到所要求的厚度。最後蝕刻載板，」Nokibul Islam說。

對於MIS封裝，該技術最有優勢的是薄型、I / O在150?200之間的封裝。但該技術受限於25μm左右的線寬線距，這意味著它主要面向中端應用。線寬線距是指封裝中的金屬布線。

對比來看，主要用於高端應用的扇出型封裝（Fan-Out），其標準密度是： I / O小於500的封裝，其線寬線距在8μm以上；而高密度扇出型封裝，其I / O大於500，線寬線距小於8μm。

同時，MIS材料本身相對較薄。該類基板在封裝過程中容易出現翹曲及均勻性問題。產量和成本問題則另論。

「不同的應用需求在設計靈活性和封裝厚度方面需要特殊的封裝材料，」 ASM材料業務部市場副總裁Ho Kwok Kuen說。「相比引線框架，ABiT-MIS有能力可以生產出要求高、線路複雜的預包封基板。但是，為了達到設計的解析度需要更多的工藝步驟，因此為了達到最終產品的良率目標，我們需要高度關注在每一個工藝過程中如何實現更高的良率。」

除了設備，ASM也提供引線框架和MIS封裝材料。這裡是指ASM加層互連技術（ABiT，ASM Buildup Interconnect Technology ）。

儘管面臨種種挑戰，但是MIS市場還是迅速成長。「在過去的兩年里，我們已經看到了許多客戶希望使用MIS封裝來滿足數字貨幣挖礦應用的需求。」Ho說，「MIS不僅在通訊領域射頻封裝的市場份額不斷增加，其實在電源管理和汽車應用方面的需求也在不斷增加。」

同時在市場上， MIS也是面臨著激烈的競爭。這裡指「Fan-Out」技術，儘管MIS並不會與Fan-Out技術競爭。其實MIS主要是與引線框封裝和LGA封裝進行競爭。「MIS的應用領域主要是介於標準QFN封裝和簡單的雙層基板兩者之間的封裝。」宇芯北美區副總裁Gil Chiu說。

引線框封裝包括若干封裝類型，諸如四面扁平無引線（QFN）和四面扁平封裝（QFP）。引線框是金屬框架，晶元粘貼在框架上，使用細導線進行連接。

QFN是成熟、價格低廉且可靠的封裝方式，因此在模擬、汽車電子、物聯網、RF等市場方面，QFN的需求巨大。通常來講，雖然QFN是一個I / O能力有限的單層技術，但是「如果你可以用QFN實現，你顯然會這麼做，因為QFN的成本比MIS更低，」Chiu說。「但是當你使用QFN時，你要接受間距的限制。」

MIS還與LGA封裝技術競爭。LGA在封裝底部有用於連接的金屬焊盤陣列。LGA適用於模塊、處理器等產品。

MIS相比LGA更便宜，但功能更少。然而，宇芯公司認為LGA有時會受高昂的材料成本、連接孔（Via）成型成本等影響。

因此，QFN和LGA都有一些缺點，這裡就是MIS的用武之地。例如，IC設計公司可能會在給定的工藝節點有現成的晶元設計，且晶元封裝採用QFN封裝。在這個假設的例子中，供應商會面臨一些挑戰。「客戶基本上會說，我有一個現成的方案，我不想改變我的晶元，我不希望縮小我的晶元，但我想縮小我的封裝，我希望得到一個更薄、更小尺寸的封裝，」Chiu說。

一種有效的解決方案就是從QFN封裝轉向MIS封裝。通常，你可以採用與引線框封裝相同的晶元，用在MIS上進行封裝。MIS封裝可以做到跟QFN封裝類似，但MIS可以有更多的I / O和更好的性能。

採用MIS封裝，基本上可以和其他封裝類型一樣，例如：倒裝晶元、模塊和SiP。「MIS技術是不同的。它本質上是一種積層工藝。它可以讓你實現更密的金屬布線。因此，您可以縮小封裝，而同時保持相同的晶元尺寸，」Chiu說。「使用MIS，客戶不必花費時間或資源來重新設計一個更小的晶元以及不必縮小晶元的外形。採用MIS，你可以讓產品獲得額外的。它可以讓你保持與現成方案的匹配。所以，MIS在相同的成本下可以為您提供更小的封裝。」

「搭上」或「錯過」？

一段時間以來，一些OSAT廠已經不斷出貨MIS封裝。但是每個供應商都有不同的戰略。

長電科技/星科金朋已經出貨了各類基於MIS技術的Chip-on-lead、FC、模組及SiP封裝產品。「MIS具有其特定的優勢。最優的是低I / O數的高功率、高散熱的應用。」 長電科技的Islam說。

到目前為止，業內主要出貨的是線寬線距在25/25μm的單層MIS封裝。「對於未來的市場，我們目前正在做更高的解析度，這意味著更細的線寬線距，以及更輕薄的外形，」Islam說。「兩年以後，它可以做到15/15μm的線寬線距。」

此外，長電科技/星科金朋以及其他廠商都在全力致力於基於Ajinomoto的ABF（Ajinomoto Build-up Film）膜技術的更先進的工藝。使用激光成型和直接電鍍銅，ABF可以使MIS做到線寬線距達12/12μm的多層基板，這樣可以實現二層、三層及四層的多層封裝。

「使用ABF膜，MIS的工藝流程基本完全是一樣的。我們只是使用更厚的ABF膜來替代包封料，我們可以提供這種類型的多層MIS基板，」他說。「在今年年底左右我們就會開始使用基於ABF膜的兩層或三層MIS基板。」

日月光的MIS封裝也正在成長中。日月光的MIS技術被稱為C2IM / MIS。「MIS可以讓你做到型同QFN封裝而同時具備精細節距布線能力的封裝，」 日月光的Gerber說。「（有些客戶）非常堅持使用QFN封裝，但是有布線能力的限制。當你可以進行20/20μm或30/30μm的布線，這就一下子為他們提供了一層布線金屬層的解決方案。」

除了C2IM / MIS，日月光還提供另一個競爭性的技術叫「ChipLast扇出封裝」，這不同於現行的扇出型封裝。「它本質上是一個晶元後置的工藝，這就意味著它是一個倒裝晶元工藝，」Gerber說。「ChipLast扇出封裝是一個根據布線密度使用兩種不同絕緣材料，而只有一層金屬布線的無芯基板工藝方案」。

此外，相對於MIS基板，日月光還有另一個選擇方案叫做aS3 +。「aS3 +是一個嵌入式線路（ET）的無芯有機基板，這個技術也可以提供與C2IM / MIS類似優勢的方案。此外，aS3 + / ET基板可以做到三層或更多層布線，而在這方面C2IM / MIS相對比較欠缺，」他說。「aS3 + / ET可以使用傳統絕緣材料或ABF絕緣材料。同時由於不需要芯板材料以及其製造工藝流程和它內在的結構特點，它可以帶來有利於更高速度連接的層間超低電感，同時不失成本競爭力及可靠性 」。

對宇芯來講，他們看到的是MIS封裝的三個應用。這些封裝都可以做到整體厚度達到0.33毫米或更低。

第一種應用是該公司所謂的空腔，晶元封裝在這個封裝體的空腔里。「我們正在利用MIS實現介於基板封裝與QFN封裝之間的細間距晶元倒裝封裝，在這方面可以一展身手，」宇芯的Chiu如是說。「我們同樣還在考慮使用MIS進行系統級封裝，這對於LGA標準模塊封裝來說，是一個成本更低的方案。」

對於MIS來說，最大的市場是電源/功率IC。另一個驅動因素是數字貨幣IC封裝。展望未來，MIS可能會超出這些市場。「好消息是，我們看到越來越多的常規產品也在考慮是否使用MIS封裝.」Chiu補充說。

*原文鏈接：https://semiengineering.com/mis-packaging-takes-off/

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