物聯網暨先進扇出型封裝技術現況及未來發展趨勢剖析

 

刊登日期:2016/6/5
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消費性終端產品演變過程,從過去電腦、筆電、手機到現今的 IoT 產品發展可以看出,整體硬體元件系統由大到小,同時產品亦朝多功能進化,反映在封裝型態便是由過去不需多功能、多腳位且元件可以作比較大顆的打線封裝,進化到元件用如 40nm 以下製程,元件小但多功能(多腳位)的晶圓級封裝(如WLCSP、Fan-out),當此趨勢下,扇出型封裝因能將腳位扇出到更大面積,使得元件與載板的可靠性更佳,故而需求日增,此乃整體產品演化趨勢所致。

物聯網趨勢下封測產業朝五方向發展
IoT 強調的裝置本質是多功能處理與低耗電,因此我們以功能取向區分可以將半導體系統應用在 IoT 部份以五個區塊來拆解(如圖一),分別是 MCU、Sensor、PMIC(Power Management IC)、Memory、Connectivity。而 MCU 便是指微型控制器,這是運算處理器的一種,或是稱為 Processor/ASIC;Sensor 便是感測器,是透過傳感元件收集外部資料後轉變成訊號再進行處理的一種元件;PMIC 是在電源管理部份的裝置;最後是無線連接的Connectivity裝置。

扇出型封裝應用產品將以手機及無線通訊產品為主
扇出型封裝從產值來看,在 2010年因為 Intel 的 Mobile 晶片開始成長,從 2011年到 2014年期間因設備機台及材料市場接受度等影響下,有一個緩慢的轉換過渡時期,呈現非常緩慢的成長。但也是從 2014及 2015年開始,市場因終端產品對於低成本及多功能高 I/O 的趨使之下,產值將開始以年複合成長率 20% 以上的速度快速成長。

然而,在 2016 年因蘋果採用下,台積電將在扇出型封裝大量成長,原本 2015年以前扇出型封裝以星科金朋及 NANIUM 為主,至 2016年台積電在扇出型封裝產值將超過整體扇出型產值的六成,亦即比 2015年整體加起來都還大,而應用面將以手機及無線通訊相關設備為主,如圖三所示。



圖三、扇出型封裝未來發展趨勢

方形載具將是未來扇出型封裝技術的趨勢
扇出型封裝之所以可以有較低成本,其中一個很重要的因素便是該技術可以在大面積的載具下進行封裝,但載具除了大小及形狀外,亦有面積使用效率的問題,如圖六所示。因晶片在製作完後是呈現方形的形狀,故當在扇出型封裝過程中,晶片擺放至載具的片數亦會不同,如以方形載具進行封裝,則可以達到 95% 的面積使用效率,但如以晶圓級載具進行封裝,則會因其邊緣處無法擺放晶片而造成面積損失,使用率則是不到 85%。此兩者在面積使用效率差別上便高達 10%,換言之,愈大面積時,其成本絕對值亦將愈差愈多,故此亦為“面板級製程是將來扇出型封裝製程發展趨勢”的重要因素之一。



圖六、方形及圓形載具使用效率

提高封裝製程良率是降低成本的重要關鍵
扇出型封裝製作過程中,是先把 Chip 暫時性黏著到 Carrier上,接著模封起來,此時 Chip 已定型,再將其 Carrier 移除後,其移除面再以薄膜製程作 RDL(重布線層),然後在其重布線層上作植球動作,便是英飛凌(Infineon)的 eWLB 扇出型的標準製作流程,如圖八所示。在此製作過程中,由於 Chip 被模封起來後,如果其上的重布線層失敗,便會連帶影響昂貴的晶片,因此如果 RDL 良率不高的話,連帶其上的晶片亦有傷及成本的問題,使得整體成本墊高。IEEE 在 2014 年作了一份研究顯示……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:楊啟鑫 / 工研院產經中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」354期,更多資料請見下方附檔。


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