集成扇出型封裝（InFO）技術(shù)是什么？作為目前移動市場最受歡迎的技術(shù)，為什么目前只有兩家公司能夠生產(chǎn)，其中的難點是什么?
晶圓代工大廠格芯于 2017 年 8 月 15 日宣布，采用高效能 14 納米 FinFET 制程技術(shù)的 FX-14 特定應(yīng)用積體電路（ASIC）整合設(shè)計系統(tǒng)，已通過 2.5D 封裝技術(shù)解決方案的矽功能驗證。
目前，全由晶圓代工大廠中，僅臺積電擁有集成扇出型封裝（InFO）技術(shù)，速度效能較傳統(tǒng)的覆晶技術(shù)要高 10%，讓臺積電在市場競爭上具備競爭實力。如今，格芯也成功進(jìn)入先進(jìn)晶圓封裝的領(lǐng)域，成為全球唯二擁有這類技術(shù)的廠商，將進(jìn)一步增加市場的競爭優(yōu)勢。
集成扇出型封裝（InFO）技術(shù)是什么
說到 InFO 技術(shù)，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），其采取拉線出來的方式，成本相對便宜；FOWLP 可以讓多種不同裸晶，做成像 WLP 制程一般埋進(jìn)去，等于減一層封裝，假設(shè)放置多顆裸晶，等于省了多層封裝，有助于降低客戶成本。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(tǒng)級封裝（System in Package；SiP）結(jié)合內(nèi)嵌式（Embedded）印刷電路板（Printed Circuit Board；PCB）技術(shù)雖符合移動設(shè)備小型化需求，然于供應(yīng)鏈與成本存在問題，另一方面，扇出型晶圓級封裝不僅設(shè)計難度低于矽穿孔（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，僅用于手機(jī)基帶芯片封裝。
2013 年起，全球各主要封測廠積極擴(kuò)充 FOWLP 產(chǎn)能，主要是為了滿足中低價智慧型手機(jī)市場，對于成本的嚴(yán)苛要求。FOWLP 由于不須使用載板材料，因此可節(jié)省近 30%封裝成本，且封裝厚度也更加輕薄，有助于提升晶片商產(chǎn)品競爭力。
臺積電（TSMC）在扇出型晶圓級封裝領(lǐng)域投入并開發(fā)了集成扇出型（Integrated Fan-Out, InFO）封裝技術(shù)，改變了晶圓級封裝的市場格局。隨著 InFO 技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，以及嵌入式晶圓級球柵陣列（eWLB）技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，一批新廠商和扇出型晶圓級封裝技術(shù)可能將進(jìn)入市場。臺積電的扇出型晶圓級封裝解決方案被稱為 InFO，已用于蘋果 iPhone 7 系列手機(jī)的 A10 應(yīng)用處理器封裝，其量產(chǎn)始于 2016 年。
臺積電在 2014 年宣傳 InFO 技術(shù)進(jìn)入量產(chǎn)準(zhǔn)備時，稱重布線層（RDL）間距（pitch）更?。ㄈ?10 微米），且封裝體厚度更薄。
InFO 給予了多個芯片集成封裝的空間，比如：8mm x 8mm 平臺可用于射頻和無線芯片的封裝，15mm x 15mm 可用于應(yīng)用處理器和基帶芯片封裝，而更大尺寸如 25mm x 25mm 用于圖形處理器和網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的芯片封裝。
2016 年可以說是扇出型封裝市場的轉(zhuǎn)折點，蘋果和臺積電的加入改變了該技術(shù)的應(yīng)用狀況，可能將使市場開始逐漸接受扇出型封裝技術(shù)。扇出型封裝市場將分化發(fā)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(fā)器等單芯片應(yīng)用。該市場是扇出型晶圓級封裝解決方案的主要應(yīng)用領(lǐng)域，并將保持穩(wěn)定的增長趨勢。
- 扇出型封裝“高密度”市場，始于蘋果公司 APE，包括處理器、存儲器等輸入輸出數(shù)據(jù)量更大的應(yīng)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(zhàn)
雖然 FOWLP 可滿足更多 I/O 數(shù)量之需求。然而，如果要大量應(yīng)用 FOWLP 技術(shù)，首先必須克服以下之各種挑戰(zhàn)問題：
（1） 焊接點的熱機(jī)械行為： 因 FOWLP 的結(jié)構(gòu)與 BGA 構(gòu)裝相似，所以 FOWLP 焊接點的熱機(jī)械行為與 BGA 構(gòu)裝相同，F(xiàn)OWLP 中焊球的關(guān)鍵位置在硅晶片面積的下方，其最大熱膨脹系數(shù)不匹配點會發(fā)生在硅晶片與 PCB 之間。
（2） 晶片位置之精確度： 在重新建構(gòu)晶圓時，必須要維持晶片從持取及放置（Pick and Place）于載具上的位置不發(fā)生偏移，甚至在鑄模作業(yè)時，也不可發(fā)生偏移。因為介電層開口，導(dǎo)線重新分布層（Redistribution Layer; RDL）與焊錫開口（Solder Opening）制作，皆使用黃光微影技術(shù)，光罩對準(zhǔn)晶圓及曝光都是一次性，所以對于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(gòu)晶圓的翹曲（Warpage）行為，也是一項重大挑戰(zhàn)，因為重新建構(gòu)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(xiàn)象： 在常壓時被膠體及其他聚合物所吸收的水份，在經(jīng)過 220~260℃迴焊（Reflow）時，水份會瞬間氣化，進(jìn)而產(chǎn)生高的內(nèi)部蒸氣壓，如果膠體組成不良，則易有膠體剝落之現(xiàn)象產(chǎn)生。
此外，市場的發(fā)展也給 FOWLP 封裝技術(shù)帶來了一定的挑戰(zhàn)。
根據(jù)麥姆斯咨詢的一份報告顯示。盡管扇入型封裝技術(shù)的增長步伐到目前為止還很穩(wěn)定，但是全球半導(dǎo)體市場的轉(zhuǎn)變，以及未來應(yīng)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(shù)的未來前景。
隨著智能手機(jī)出貨量增長從 2013 年的 35% 下降至 2016 年的 8%，預(yù)計到 2020 年這一數(shù)字將進(jìn)一步下降至 6%，智能手機(jī)市場引領(lǐng)的扇入型封裝技術(shù)應(yīng)用正日趨飽和。盡管預(yù)期的高增長并不樂觀，但是智能手機(jī)仍是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力，預(yù)計 2020 年智能手機(jī)的出貨量將達(dá) 20 億部。
扇出型封裝有哪些公司
除了臺積電之外，STATS ChipPAC（新加坡星科金朋）將利用 JCET（江蘇長電科技）的支持進(jìn)一步投入扇出型封裝技術(shù)的開發(fā)（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(tuán)）則和 Deca Technologies 建立了深入的合作關(guān)系（2016 年 5 月，Deca Technologies 獲日月光集團(tuán) 6000 萬美元投資，日月光集團(tuán)則獲得 Deca Technologies 的 M 系列扇出型晶圓級封裝技術(shù)及工藝授權(quán)）；Amkor（安靠科技）、 SPIL（矽品科技）及 Powertech（力成科技）正瞄準(zhǔn)未來的量產(chǎn)而處于扇出型封裝技術(shù)的開發(fā)階段。三星看上去似乎有些落后，它正在抉擇如何參與競爭。
TechSearch International 總裁 Jan Vardaman 指出，在 iPhone 7 內(nèi)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(jī)上亦有采用此技術(shù)。
聯(lián)發(fā)科和海思的應(yīng)用處理器（AP）也將跟進(jìn)采用先進(jìn)的封裝方式，其他業(yè)者如大陸手機(jī)廠 Oppo 和 Vivo 也已經(jīng)采用其他更新穎的技術(shù)。新的封裝技術(shù)如雨后春筍般出現(xiàn)，重點均在于多元異質(zhì)模組整合（heterogeneous integration），因為主機(jī)板空間越來越壅擠，芯片封裝必須設(shè)法縮小尺寸。
在琳瑯滿目的新技術(shù)中，扇出型晶圓級封裝（fan-out wafer-level packaging；FOWLP）運作了近 10 年之后，現(xiàn)在已成為移動市場的首選。第一代扇出型封裝是采用英飛凌（Infineon）的嵌入式晶圓級球閘陣列（eWLB）技術(shù)，此為 2009 年由飛思卡爾（Freescale，現(xiàn)為恩智浦）所推出。
但是集成扇出型封裝（InFO）在此之前就只有臺積電能夠生產(chǎn)！
集成扇出型封裝壟斷局面已改變
但是這種情況現(xiàn)在已經(jīng)改變。
根據(jù)格芯表示，采用高效能 14 納米 FinFET 制程技術(shù)的 FX-14 特定應(yīng)用積體電路（ASIC）整合設(shè)計系統(tǒng)解決方案包含一個縫合載板中介層，用以克服微影技術(shù)的限制，以及一個和 Rambus 研發(fā)的多通道 HBM2 PHY，每秒可處理 2Tbps。本解決方案以 14 納米 FinFET 技術(shù)展示，將整合至格羅方德新一代 7 納米 FinFET 制程技術(shù)的 FX-7 ASIC 設(shè)計系統(tǒng)。
格羅方德的產(chǎn)品開發(fā)副總 Kevin O’Buckley 表示，隨著近年來互連與封裝技術(shù)出現(xiàn)大幅進(jìn)展，晶圓制程與封裝技術(shù)間的界線已趨模糊。將 2.5D 封裝技術(shù)整合至 ASIC 設(shè)計中，能帶來突破性的效能提升，這也再次展現(xiàn)格羅方德的技術(shù)能力。這項進(jìn)展讓我們能從產(chǎn)品設(shè)計開始一路到制造與測試，以一站式、端對端的形式支持客戶。
而 Rambus 存儲器 PHY 目標(biāo)為在低延遲與高頻寬要求的系統(tǒng)中，處理高端網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心的高密集運算。PHY 符合 JEDEC （固態(tài)技術(shù)協(xié)會）JESD235 標(biāo)準(zhǔn)，支持的數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá) 2Gbps，整體頻寬可達(dá) 2Tbps。Rambus 存儲器及界面部門資深副總暨總經(jīng)理 Luc Seraphin 指出，與格羅方德合作，結(jié)合 HBM2 PHY，以及格羅方德的 2.5D 封裝技術(shù)及 FX-14 ASIC 設(shè)計系統(tǒng)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速的各種應(yīng)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 制成技術(shù)的量產(chǎn)經(jīng)驗，讓 FX-14 及 FX-7 成為完整的 ASIC 設(shè)計解決方案。FX-14 及 FX-7 的功能化模組以業(yè)內(nèi)最廣、最深的知識產(chǎn)權(quán)（IP）組合為基礎(chǔ)，得以為新一代有線通訊／5G 無線聯(lián)網(wǎng)、云端／數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、機(jī)器學(xué)習(xí)／深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、汽車、太空／國防等應(yīng)用，提供獨特的解決方案。
先進(jìn)封裝行業(yè)成創(chuàng)新引擎
在過去的幾年里，先進(jìn)封裝行業(yè)已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注。封裝業(yè)從 IC 制造商的服務(wù)行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)闉椤俺侥枴倍傻膭?chuàng)新引擎和關(guān)鍵領(lǐng)域，促使半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展并增加了創(chuàng)新應(yīng)用的附加值。據(jù) Yole 報告顯示，先進(jìn)封裝行業(yè)市場規(guī)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(yè)的特點：重人力成本、輕資本與技術(shù) 。這一階段也可以稱之為摩爾定律下的傳統(tǒng)封裝。
在摩爾定律驅(qū)動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈“設(shè)計—制造—封測”的核心主要集中在設(shè)計和制造環(huán)節(jié)，三大產(chǎn)業(yè)中，設(shè)計對技術(shù)積累與人才要求最高;而制造對資本投入有大量的要求，呈現(xiàn)強(qiáng)者恒強(qiáng)的局面; 唯有封裝產(chǎn)業(yè)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(yè)則有所不同：從人力成本驅(qū)動走向技術(shù)與資本雙輪驅(qū)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(yè)地位將會顯著提升，先進(jìn)封裝成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵。
中國先進(jìn)封裝占比穩(wěn)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(yù)計至 2020 年可達(dá) 5484.1 百萬美元，2015 年至 2020 年 GAGR 12.7%，中國封裝產(chǎn)業(yè)全球份額將隨之由 2015 年的 12%增至 2020 年的 17%。
2015 年，中國生產(chǎn)的 IC 芯片數(shù)量僅占其消耗量的 12.5%。因此，中國 IC 芯片進(jìn)口額超過石油，長期居各類進(jìn)口產(chǎn)品之首。
同年，中國先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)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(dǎo)體封裝和組裝領(lǐng)域。幾乎全球主要的 IDM 和封測廠商都在中國設(shè)有封裝工廠，以獲得成本優(yōu)勢。在中國進(jìn)行封裝和組裝的 IC 芯片中，有很多產(chǎn)品的出貨量來自于小廠商，他們主要從事低引腳數(shù)的芯片封裝，且專注于中國市場。
總結(jié)
如何才能在激烈的競爭中存活下去?我們應(yīng)當(dāng)明白，無論是從價值量的角度還是從市場地位角度，封裝環(huán)節(jié)都有顯著的提升，中國與全球的先進(jìn)封裝市場將蓬勃發(fā)展。但是另一方面，封裝也從人力成本驅(qū)動走向技術(shù)與資本雙輪驅(qū)動，只有龍頭廠商才有可能參與其中，市場集中度將進(jìn)一步提升，更大的蛋糕將由更少的人分!
正是由于我國的人力成本優(yōu)勢，過去幾年我國半導(dǎo)體封裝行業(yè)蓬勃發(fā)展，增速遠(yuǎn)超設(shè)計與制造行業(yè)。由于封裝行業(yè)對人力成本最為敏感，而中國過去十幾年人力成本遠(yuǎn)低于歐美與臺灣水平，因此封測成為中國半導(dǎo)體過去幾十年發(fā)展最成熟的產(chǎn)業(yè)。
但是隨著中國人力成本的不斷提升，以及先進(jìn)封裝行業(yè)以技術(shù)為主要驅(qū)動力的發(fā)展趨勢，則要求中國半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)必須轉(zhuǎn)變思路，從人力成本為主，轉(zhuǎn)為重點發(fā)展技術(shù)，才能真正的迎來成熟！
