华天科技马书英博士：后摩尔时代先进封装的机遇和挑战

主动有为，踔厉前行，共创封测产业新时代，2022年中国半导体封装测试技术与市场年会于11月15-16日在江苏南通成功举办。

华天科技研究院院长马书英博士以《后摩尔时代先进封装的机遇和挑战》为题，针对先进封装发展历程、华天科技三维晶圆级封装平台、先进封装面临的机遇和挑战，进行精彩的分享和汇报。

先进封装发展历程

封装结构从70年代有引脚的封装，发展为QFN、BGA扁平式的无引脚封装；2000年发展为CSP和SiP封装；2010年以后，整个先进封装如雨后春笋般爆发，发展为PoP、WLP、2.5D/3D IC等封装。整个封装的演化历程，归根结底是互联方式的改变。

封装与互连方式的演变历程

目前，全球先进封装占比持续上升。根据Yole预计，2021年先进封装的全球市场规模约350亿美元 ，到2025年先进封装的全球市场规模约420亿美元 ，先进封装在全部封装的占比从2021年的45%增长到2025年的49.4% ，2019-2025年全球先进封装市场的CAGR约8%。相比同期整体封装市场 (CAGR=5%) 和传统封装市场 ，先进封装市场的增长更为显著，将为全球封装市场贡献主要增量。

中国先进封装规模

马书英博士指出，2020-2021年，受益于全国新冠肺炎疫情控制较好，远程办公、在线教育、家庭娱乐等需求的兴起，智能驾驶、医疗、数据中心、5G及 IoT 的快速渗透，中国封测产业实现了快速增长，先进封装的占比持续上升，但和全球水平相比仍有一定差距。

中国集成电路封装的市场规模与产业结构

先进封装分布于手机和消费市场、汽车电子、电信基础设施等应用领域。2020年，手机和消费市场占了整个先进封装市场的71%，预计在2026年仍然会保持70%市场份额，年复合增长率7.6%；电信基础设施是先进封装第二大应用领域，占整个市场份额20%，预计每年会保持8.6%的年复合增长率；汽车电子是先进封装未来快速增长的领域，预计到2026年年复合增长率高达9.5%, 占据整个先进封装市场7%份额。

先进封装关键技术平台

先进封装技术归根结底总结为4大技术平台：

Micro Bumps/Cu Pillars/BGA/Flip Chip

RDL

C2W/W2W Bonding/De-bonding

TSV（实现3D互联的关键性平台技术）

把这些技术进行组合，可以诞生不同的封装技术，技术越复杂，对其要求也越高。

先进封装关键技术平台

先进封装技术实例

台积电(TSMC) ：晶圆制造和先进封装技术的领导者，自 2011 年推出 CoWoS 作为高端先进封装平台，涉及 SiInterposer 进行异构集成，开发了 InFO、SoIC、3D SoW 等一系列系统集成技术。

Intel：相继开发了EMIB、Foveros、Co-EMIB架构，其先进3D IC为 HPC 和5G生态提供解决方案，继而推出了基于小芯片的架构方法。

OSAT基于Fan-out开发了eWLB技术。

日月光：先进封装VIPackTM平台推出业界首创的FOCoS，主要分为Chip First（FOCoS-CF)）和Chip Last（FOCoS-CL）两种解决方案，可以更有效提升高性能计算的性能。

华天科技：基于eSiFO结合TSV技术，开发了eSinC技术，基于eSinC有不同的实现SiP的结构，或者是POP的形式实现SiP。

先进封装技术实例

华天科技三维晶圆级封装平台介绍

华天科技三维晶圆级封装平台—3D Matrix，该平台由TSV、eSiFo（Fan-out）、3D SIP三大封装技术构成。

华天科技三维晶圆级封装平台—3D Matrix

硅通孔技术平台（TSV）

华天科技TSV技术已量产十年有余，目前有8吋/12吋TSV封装生产线，主要应用于图像传感器的封装，主要结构为MVP、MVP Plus和直孔的工艺。TSV技术针对不同的传感器结构，如前照式结构FSI、背照式BSI、Stacked BSI、Triple Stack BSI都有不同的解决方案。

马书英博士讲解了华天科技TSV技术在工业应用上的封装案例：

?车载图像传感器晶圆级封装：华天科技已通过AEC-Q100车载可靠性认证和IATF16949体系认证

?直孔晶圆级封装技术：已通过一些相关可靠性认证，广泛应用在传感器、MEMS、指纹芯片，存储芯片等领域

?超薄光学指纹芯片封装：利用临时键合和解键合技术

?超细线路能力：RDL技术

硅基扇出型封装（eSiFO）

eSiFo（Fan-out）是华天科技独有的硅基扇封装，有多芯片封装、超大尺寸的eSiFO、超薄的eSiFO、还有高密度Fan-out。

与使用模塑料塑封不同，eSiFO使用硅基板为载体，通过在硅基板上刻蚀凹槽，将芯片正面向上放置且固定于凹槽内，芯片表面和硅圆片表面构成了一个扇出面，在这个面上进行多层布线，并制作引出端焊球，最后切割，分离、封装。

硅基扇出型封装eSiFO

相较于传统的molding Fan-out，eSiFO具有可控的翘曲度、高平整度的线路密度、可靠性的认证、制程简洁的工艺、良好的散热、轻薄的封装成品等优点。

三维系统集成封装技术平台（3D SiP）

eSinC是一种三维扇出系统集成的封装技术，集成了Bumping、TSV、TBDB等多种平台技术 ，为多芯片的异质异构集成提供了可能性。

eSinC技术

eSinC技术同样采用在硅基板上刻蚀形成凹槽，将不同芯片或元器件放入凹槽中，通过高密度RDL将芯片互连，形成扇出的I/O后制作via last TSV实现垂直互连。eSinC可以将不同功能、不同种类和不同尺寸的器件实现3D方向高密度集成。

先进封装面临的机遇和挑战

先进封装技术已经慢慢地向前道工艺去发展，国产化装备和国产化材料在先进封装中将会迎来新的机遇和挑战。

先进封装面临的挑战

针对具体细节，马书英博士提出以下观点。

互连工艺(Fine pitch RDL ，μ-bump)

封装内部 L/S 往更细方向发展，给国产光刻设备提出更高要求；高端应用的封装尺寸普遍大于1 reticle size，需引入更大尺寸reticle size的光刻设备；2pm 以下 L/S 布线检测的国产 AOI 设备仍有很大发展空间。

3D集成(TSV ，TMV)

10:1 TSV深孔刻蚀，绝缘，种子层沉积，CMP都对后道工艺提出了更高的要求；多层高密度布线对电镀机和电镀要求有更高要求，国产装备和材料需加快步伐；需要攻关高深宽比的TMV技术实现3D molding Fan-out技术。

材料

电镀药液：针对小尺寸 Via开口和高深宽比TSV填充的应用；PI介质层：针对低固化温度、低介电损耗、高分辨率的产品应用；底填材料：针对大尺寸芯片底部填充能力的填充材料；适用于扇出封装的EMC 材料。

马书英博士认为，在国家近几年政策的推动下，先进封装面临极大的可发展空间和市场占比。目前，国产化替代仍没有得到根本的改善，我国所需的高端集成电路产品（如通用处理器、存储器等关键核心产品）基本依赖进口，未来实现自主可控是先进封装发展的重要方向。