晶圓級封裝技術的應用現狀

晶圓級封裝（WLP）技術是一種在芯片仍為晶圓狀態時就進行封裝的技術。它利用薄膜再分布工藝，使芯片的輸入/輸出（I/O）可以分布在整個芯片表面，而非僅僅局限于芯片周邊區域，從而解決了高密度、細間距I/O芯片的電氣連接問題。

一、起源與發展動力 晶圓級封裝技術的最初萌芽是由用于移動電話的低速I/O、低速晶體管元器件制造帶動起來的，如無源的片上感應器和功率傳輸ICs等 。目前，該技術正處于發展階段，受到藍牙、GPS元器件以及聲卡等應用的推動，需求正在逐步增長。隨著存儲器件制造商開始逐步實施WLP，更是引領整個行業的模式化變遷 。

二、應用的領域廣泛 目前，晶圓級封裝技術已廣泛用于閃速存儲器、EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驅動器、射頻器件、邏輯器件、電源/電池管理器件和模擬器件（穩壓器、溫度傳感器、控制器、運算放大器、功率放大器）等領域 。在移動電話等便攜式產品中，已普遍采用晶元級封裝型的EPROM、IPD（集成無源器件）、模擬芯片等器件 。

三、主要的封裝技術

1. 薄膜再分布技術（WL - CSP）

• 這是當今使用最普遍的晶圓級封裝工藝。其晶圓仍采用常規晶圓工藝制作。在晶圓送交WLP供貨商之前，要對晶圓進行測試，以便對電路進行分類和繪出合格電路的晶圓圖。

• 晶圓在再分布之前，先要對器件的布局進行評估，以確認該晶圓是否適合于進行焊球再分布。一種典型的再分布工藝，最終形成的焊料凸點呈面陣列布局，該工藝中，采用BCB（苯并環丁烯）作為再分布的介質層，Cu（銅）作為再分布連線金屬，采用濺射法淀積凸點底部金屬層（UBM），絲網印刷法淀積焊膏并回流。其中底部金屬層工藝對于減少金屬間化合反應和提高互連可靠性來說十分關鍵 。

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2. 凸點形成技術

• 用于在凸點焊區上制作凸點，形成焊球陣列。在晶圓級封裝中，這兩大技術相輔相成，前者將沿芯片周邊分布的焊接區域轉換為在芯片表面上按平面陣列形式分布的凸點焊區，為凸點形成技術提供了基礎，進而完成整個封裝過程中的關鍵電氣連接環節 。

晶圓級封裝技術的未來發展趨勢

一、技術創新推動性能提升

1. 更高的集成度

• 隨著半導體行業對高性能、低功耗、小尺寸等需求的不斷提高，晶圓級封裝技術將朝著更高集成度的方向發展。通過在芯片上集成更多的功能元件，如將多個芯片或不同功能的電路集成在一個封裝內，可以減小芯片的尺寸，提高芯片的性能。例如在系統級封裝（SiP）中，將處理器、存儲器、傳感器等不同功能的芯片集成在一起，實現了多功能一體化，而晶圓級封裝技術為這種高集成度的封裝提供了技術支持 。

2. 改進的熱管理

• 由于晶圓級封裝尺寸小且集成度高，散熱成為一個關鍵問題。未來，將開發出更有效的熱管理技術，如采用新型的散熱材料、優化封裝結構以提高散熱效率等。例如，研究人員可能會探索使用高導熱率的陶瓷材料或石墨烯等新型材料來改善散熱性能，同時通過設計更合理的熱通道，使熱量能夠更快地散發出去，以確保芯片在高負荷運行下的穩定性和可靠性 。

3. 優化的信號傳輸

• 高集成度使得芯片內部的信號傳輸更為復雜，為了減少信號干擾和傳輸延遲，將不斷優化信號傳輸線路的設計。例如，采用更短的信號線、優化布線布局以及開發新的信號傳輸介質等。這有助于提高芯片的運行速度和數據處理能力，滿足如5G通信、高速計算等領域對高速信號傳輸的需求 。

二、降低成本與提高生產效率

1. 工藝成本的降低

• 晶圓級封裝技術本身由于是在硅片層面上完成封裝測試，可以通過批量化的生產方式達到成本最小化的目標。未來，隨著工藝的不斷改進，如更精準的制造工藝、更少的材料浪費等，將進一步降低成本。例如，通過改進薄膜再分布工藝中的材料淀積技術，提高材料的利用率，減少廢料的產生，從而降低生產成本 。

2. 生產周期的縮短

• 從芯片制造到封裝再到成品的全過程，WLP技術已經大幅減少了中間環節，使得生產周期得以顯著縮短。未來，隨著自動化生產技術的發展和工藝流程的進一步優化，生產周期將進一步縮短。這不僅有助于降低生產成本，還能加快產品的上市時間，提高企業的競爭力 。

三、與其他技術的融合發展

1. 與異構集成技術的融合

• 異構集成是將不同工藝、不同功能、不同材料的芯片或元件集成在一起的技術。晶圓級封裝技術將與異構集成技術深度融合，實現不同類型芯片（如邏輯芯片、存儲芯片、模擬芯片等）的高效集成。例如，在人工智能芯片中，將CPU、GPU、FPGA以及各種專用加速器芯片進行異構集成，利用晶圓級封裝技術實現緊密的電氣連接和小型化封裝，提高芯片的整體性能和功能多樣性 。

2. 與先進制造技術的協同

• 隨著先進制造技術如極紫外光刻（EUV）技術、3D打印技術等的發展，晶圓級封裝技術將與之協同發展。EUV技術可以制造出更小尺寸、更高精度的芯片結構，為晶圓級封裝提供更優質的芯片基礎；3D打印技術則可能用于制造封裝過程中的一些特殊結構或部件，提高封裝的靈活性和創新性，推動晶圓級封裝技術向更高層次發展 。

晶圓級封裝技術在不同領域的應用前景

一、消費電子領域

1. 智能手機和平板電腦

• 在智能手機和平板電腦等消費電子設備中，對小型化、高性能和低功耗的要求越來越高。晶圓級封裝技術能夠滿足這些需求，例如，通過晶圓級芯片尺寸封裝（WLP - CSP）可以將芯片尺寸縮小到與裸片相當，從而為手機和平板電腦內部有限的空間節省出更多的空間來容納其他組件，如更大的電池或更先進的攝像頭模塊。同時，該技術可以提高芯片的集成度，將多個功能模塊集成在一個芯片上，減少信號傳輸延遲，提高設備的運行速度和響應能力，提升用戶體驗 。

2. 可穿戴設備

• 可穿戴設備如智能手表、智能手環等對體積和重量有嚴格的限制，并且需要低功耗以延長電池續航時間。晶圓級封裝技術的低功耗、小尺寸特性使其成為可穿戴設備芯片封裝的理想選擇。例如，在智能手表中，通過晶圓級封裝可以將傳感器芯片、處理器芯片等進行高度集成，使得手表在保持小巧輕便的同時，具備更多的功能，如健康監測、運動追蹤、信息通知等 。

二、通信領域

1. 5G通信

• 5G通信要求高速率、低延遲和大容量的數據傳輸。晶圓級封裝技術有助于實現這些目標，通過提高芯片的集成度和優化信號傳輸，可以減少信號傳輸過程中的損耗和延遲。例如，在5G基站中的射頻芯片采用晶圓級封裝技術，可以提高芯片的性能，增強信號的發射和接收能力，從而提升整個5G網絡的覆蓋范圍和通信質量。同時，在5G智能手機中的調制解調器等芯片采用晶圓級封裝，也能夠滿足5G通信對高速數據處理的需求 。

2. 物聯網（IoT）

• 物聯網設備種類繁多，包括智能家居設備、智能傳感器等，這些設備通常需要低成本、低功耗的芯片解決方案。晶圓級封裝技術通過降低生產成本和減少芯片功耗，可以大規模應用于物聯網設備。例如，在智能家居中的溫度傳感器、濕度傳感器等采用晶圓級封裝的芯片，可以實現小型化、低功耗的設計，并且能夠方便地集成到各種智能家居系統中，實現智能化的環境監測和控制 。

三、汽車電子領域

1. 自動駕駛

• 自動駕駛汽車需要大量的傳感器（如攝像頭、雷達、激光雷達等）和高性能的計算芯片來處理復雜的路況信息。晶圓級封裝技術可以提高傳感器芯片和計算芯片的性能和可靠性。例如，通過晶圓級TSV（硅通孔）封裝技術可以提高攝像頭芯片的圖像采集和處理速度，為自動駕駛汽車提供更清晰、更準確的視覺信息。同時，對于自動駕駛汽車中的控制芯片，晶圓級封裝可以提高芯片的集成度，減少體積和重量，并且增強其在惡劣環境下的穩定性和可靠性 。

2. 汽車智能化

• 在汽車智能化方面，如車載信息娛樂系統、智能儀表盤等，晶圓級封裝技術可以將不同功能的芯片（如處理器、圖形芯片、音頻芯片等）集成在一起，提供更強大的功能。例如，通過晶圓級封裝實現的高集成度芯片可以使車載信息娛樂系統具備高清視頻播放、3D導航、語音交互等多種功能，提升駕駛體驗的同時，也滿足了汽車電子系統對小型化和高性能的要求 。

四、醫療電子領域

1. 醫療設備小型化

• 醫療設備如便攜式血糖儀、心臟起搏器等越來越傾向于小型化和便攜化。晶圓級封裝技術能夠使這些設備中的芯片實現小型化，從而減小整個設備的體積。例如，在便攜式血糖儀中，采用晶圓級封裝的芯片可以將血糖檢測電路集成在一個很小的芯片上，使得血糖儀可以做得更小、更輕便，方便患者隨時隨地進行血糖檢測 。

2. 高性能醫療診斷設備

• 在高性能醫療診斷設備如磁共振成像（MRI）設備、CT掃描儀等中，需要高速、高精度的信號處理芯片。晶圓級封裝技術通過提高芯片的集成度和信號傳輸速度，可以提高這些設備的診斷精度。例如，在MRI設備中的信號采集和處理芯片采用晶圓級封裝，可以更快速、準確地采集和處理人體組織的磁共振信號，從而提高圖像的清晰度和診斷的準確性 。

國內外晶圓級封裝技術的應用前景對比

一、國內晶圓級封裝技術的應用前景

1. 市場規模與增長潛力

• 中國是全球最大的電子產品制造和消費市場之一，對晶圓級封裝技術有著巨大的需求。近年來，中國的晶圓級封裝技術市場規模不斷擴大，隨著國內半導體產業的發展，其增長潛力也十分可觀。例如，根據相關研究，2020年中國集成電路市場規模為8848億元，同比增長17%，這為晶圓級封裝技術的發展提供了廣闊的市場空間。同時，國內企業在政府政策的支持下，不斷加大對晶圓級封裝技術的研發和投資，有望進一步提升國內晶圓級封裝技術的市場份額 。

2. 技術研發與創新能力

• 國內在晶圓級封裝技術的研發方面取得了不少進展。一些企業已經掌握了較為先進的晶圓級封裝技術，如晶方科技作為國內率先進入先進封裝行業的領頭企業，擁有晶圓級先進封裝技術、傳感器微型化方案的技術、光電一體化集成技術和異質結構系統化封裝技術等四大核心技術 。此外，國內高校和科研機構也在積極開展晶圓級封裝技術相關的研究，為技術創新提供了人才和技術儲備。然而，與國際先進水平相比，國內在某些高端晶圓級封裝技術方面仍存在一定差距，例如在3D封裝、異構集成封裝等復雜封裝技術的研發和產業化方面，還需要進一步追趕。

3. 產業生態與供應鏈體系

• 國內已經形成了較為完善的半導體產業生態和供應鏈體系，這為晶圓級封裝技術的應用提供了有力的支持。從原材料供應到封裝設備制造，再到封裝服務提供商，國內已經有眾多企業參與其中。例如，在封裝設備方面，國內企業不斷研發和生產出具有自主知識產權的封裝設備，降低了對進口設備的依賴。但是，在一些關鍵原材料和高端設備方面，仍然依賴進口，這在一定程度上限制了國內晶圓級封裝技術的發展。

二、國外晶圓級封裝技術的應用前景

1. 技術領先地位與創新優勢

• 國外一些發達國家在晶圓級封裝技術方面處于領先地位。例如，美國和日本等國家的企業在3D封裝、異構集成封裝等高端封裝技術領域擁有先進的技術和豐富的經驗。像英特爾、臺積電等國際巨頭在晶圓級封裝技術的研發和創新方面投入巨大，不斷推出新的封裝技術和產品。例如，臺積電的InFO - PoP方法在扇出封裝技術方面取得了重大突破，使其在高端封裝市場具有很強的競爭力 。這些國際企業在基礎研究、技術創新和工程化應用方面具有很強的實力，能夠引領晶圓級封裝技術的發展方向。

2. 市場份額與全球布局

• 國外企業在全球晶圓級封裝市場占據較大的市場份額。例如，在WLCSP（晶圓級芯片尺寸封裝）市場中，國外的ASE（日月光半導體）、Amkor（安靠）等企業是頂級的OSAT（外包半導體封裝測試）廠商，在全球范圍內擁有廣泛的客戶群體和生產基地，其產品廣泛應用于全球各大知名電子產品制造商的產品中。此外，國外企業通過在全球布局生產基地和研發中心，能夠更好地滿足全球市場的需求，并且利用不同地區的資源優勢，進一步提升其在晶圓級封裝市場的競爭力。

3. 產業協同與標準制定

• 國外企業在產業協同和標準制定方面具有較強的優勢。例如，在晶圓級封裝技術的相關標準制定方面，國際半導體產業協會（SEMI）等組織在很大程度上受到國外企業的影響。這些企業通過參與標準制定，可以將自己的技術優勢轉化為行業標準，從而在市場競爭中占據有利地位。同時，國外企業之間在技術研發、生產制造等方面的協同合作也較為緊密，例如英特爾和臺積電等企業在扇出工藝等方面的合作，推動了晶圓級封裝技術的發展和應用。

三、對比總結

• 總體而言，國外在晶圓級封裝技術方面目前具有技術領先、市場份額大、產業協同緊密和標準制定主導等優勢。國內雖然在市場規模、產業生態等方面有一定的基礎和發展潛力，但在技術研發和高端技術應用方面仍需努力追趕。不過，隨著國內半導體產業的不斷發展，政府政策的大力支持，以及國內企業和科研機構的積極創新，國內晶圓級封裝技術的應用前景有望不斷提升，與國外的差距也將逐漸縮小。

晶圓級封裝技術應用前景的案例分析

一、晶方科技在影像傳感器封裝領域的案例

1. 技術引進與創新

• 晶方科技在2005年創立之初，引入了以色列的晶圓級芯片尺寸封裝技術。通過在這個基礎上進行消化、吸收、再創造，晶方科技逐步擴充和完善了自身的專利布局和工藝積累，逐漸構筑起了一條以知識產權和晶圓級工藝為核心的先進封裝“護城河”。例如，晶方科技在影像傳感器封裝方面，利用晶圓級封裝技術，開發出了適合不同類型影像傳感器的封裝解決方案，提高了影像傳感器的性能和可靠性 。

2. 市場拓展與客戶獲取

• 晶方科技憑借其先進的晶圓級封裝技術，吸引到了眾多國內外一線客戶。在移動通信、安防監控、醫療可穿戴、汽車電子等行業成為先進封裝技術的引領者。例如，在智能手機市場，晶方科技為眾多手機制造商提供影像傳感器的晶圓級封裝服務，隨著智能手機市場的不斷擴大，其業務也得到了快速發展。在汽車電子領域，晶方科技作為全球車規攝像頭芯片晶圓級TSV封裝技術的開發者，擁有顯著的技術與量產領先優勢，從而使得公司汽車電子相關業務的生產規模與業務占比在持續提升 。

3. 技術發展趨勢體現

• 晶方科技的發展體現了晶圓級封裝技術的幾個重要發展趨勢。首先是朝著更高集成度方向發展，晶方科技在其封裝技術中不斷提高影像傳感器與其他相關電路的集成度，減小封裝尺寸。其次是在不同領域的廣泛應用，如在醫療可穿戴設備中的影像傳感器封裝，體現了晶圓級封裝技術在小型化、低功耗方面的優勢。最后，晶方科技通過不斷的技術研發，如開發新的封裝工藝和材料，也反映了晶圓級封裝技術在技術創新方面的發展趨勢，以滿足不斷變化的市場需求 。

二、臺積電在高端芯片封裝領域的案例

1. 扇出封裝技術的突破

• 臺積電在扇出封裝技術方面取得了重大突破，其InFO - PoP方法使扇出封裝技術達到了新的高度。例如，通過InFO - PoP封裝技術，臺積電為蘋果公司的A10芯片提供了封裝解決方案。這種封裝技術使得芯片的性能得到了提升，同時也滿足了蘋果產品對小型化、高性能的要求。臺積電在扇出封裝技術上的創新，推動了整個高端芯片封裝領域的發展，也使得扇出封裝技術在高端移動和消費類產品中的應用越來越廣泛 。

2. 對產業發展的影響

• 臺積電作為全球最大的半導體代工廠商之一，其在高端芯片封裝技術方面的突破對整個半導體產業有著深遠的影響。一方面，它促使其他半導體企業加大在封裝

先進芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

·         合明科技運用自身原創的產品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。