DENSO公司致力兼顧低成本和薄型化電子控制用IC的封裝技術

 

刊登日期:2017/4/7
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汽車電子控制單元(Engine control unit,ECU)的處理器IC封裝技術將出現大幅變化。汽車業界未來亦將採用與美國Apple公司的「iPhone7」等相同的最先進封裝技術,在ECU的IC運用此先進封裝,可同時兼顧低成本和薄型化,預定在2020年之後可望付諸實用化。

Apple公司在iPhone7等採用了「A10 Fusion」中央處理器扇出型晶圓級封裝(Fan-Out Wafer Level Package,FOWLP)技術。此FOWLP封裝技術的特徵在和高性能IC封裝主流的FCBGA等相比,由於FO構裝可以不使用IC載板,因此,理論上應該成本可降低,封裝可以更薄型化。

無基板的優勢
FOWLP構裝是將半導體晶片重新排列在晶圓Carrier上,使用晶圓製程進行重配線層製程,再進行封裝材料模封、元件切割的構裝技術。晶圓級構裝原本是以低腳數(low I/Os)超小型封裝用而開發之技術,在汽車元件上使用了小型毫米波雷達IC。最近, FOWLP構裝則是朝向高密度高腳數(high I/Os)的新構裝技術發展,如Apple公司切入使用在iPhone多個IC構裝上。

伴隨著半導體晶片的高性能化,既有的封裝切換到FCBGA上,細線路化的IC載板成本大幅提高。另一方面,FOWLP和FCBGA幾乎擁有相同的功能,同時不需搭載載板的半導體晶片封裝。因此, FCBGA的封裝型式開始漸漸地轉向可省去IC載板的FOWLP封裝。

FOWLP除了低成本的特徵以外,也具備有車載電子導向的封裝技術優點。ECU基板有可能達到高信賴性。

可以簡易地組裝
FOWLP封裝沒有IC載板,封裝元件可以輕量化,在封裝時的耐振動性容易變高,晶片的散熱性也變高,再者,變不易吸濕,也相對地容易組裝。且晶片和重配線層基本上是直接靠焊接做連結,因此可少掉bumping和wiring的接合部份,因此認為可避免bumping和wiring因焊接不良所造成的裂縫(crack)。

同時,封裝IC的性能也容易提高。由於配線長度變短的關係,高頻率特性也可以改善。從原理來說,可以媲美半導體等級的細線路上,進行多晶片的封裝。或是具有可同時將CPU、GPU和記憶體等功能晶片整合在一個晶片上(如SoC) 等的可能性。

FOWLP封裝未來將朝向更低成本的技術開發邁進。例如,自動駕駛用的ECU,需要12*12mm2,500~1000 I/Os的大型封裝,以現狀來看,使用FCBGA封裝的成本真的很高。若以使用300mm晶圓進行FO封裝,由於使用封裝面積效率較少,生產效率因此降低。因此現在各大封裝廠商朝向使用720*610mm的大片基板進行扇出型面板級封裝(FOPLP)一次大面積模封方式開發。與晶圓級模封相比,面板級封裝同時具有使用封裝面積效率較高之優勢。如新加坡的星科金朋半導體(STATS CHIPPAC)和日本J-Devices正持續開發此項先進構裝技術。

針對低成本化議題,大面積模封材料也持續進行改良。以往的FOWLP雖然以使用壓縮成形(compression molding)製程的液狀模封材料為主,但日立化成、住友培科等材料公司,則積極廣泛地開發出對應各種FOWLP封裝型態,更低成本且也是使用壓縮成形製程之顆粒狀封裝材料(Granule epoxy molding compound)。

現在連消費性電子產品對FOWLP構裝技術也都還在摸索階段。現在的製造方法和材料多樣化尚未有最佳化的選擇,提高生產良率的改良技術也還在進步中,因此改善這些課題以達到量產性仍有一段距離需要努力。


資料來源: 日經產業新聞 / 材料世界網編譯
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