5G推動(dòng)芯片性能發(fā)展 封裝技術(shù)和制造能力不斷提升

3G提高了通信速度，4G改變了我們的生活，5G時(shí)代則因?yàn)榧夹g(shù)的革命性，整個(gè)社會(huì)形態(tài)與商業(yè)形態(tài)都被深刻影響，對(duì)于芯片封裝測(cè)試領(lǐng)域同樣也帶來(lái)了許多新的技術(shù)革新......

11月上旬，2018中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì)的5G通信芯片主題論壇上，Qorvo亞太區(qū)客戶質(zhì)量工程總監(jiān)周寅便用示例詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)的芯片封裝測(cè)試工藝流程與5G芯片封裝技術(shù)演進(jìn)路線。

Qorvo亞太區(qū)客戶質(zhì)量工程總監(jiān)周寅發(fā)表演講

Qorvo是全球少數(shù)能夠整合所有射頻全方位解決方案的公司，主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括移動(dòng)終端、基站芯片和航空航天等。工欲善其事，必先利其器，兩年前新投入運(yùn)營(yíng)的德州工廠是Qorvo全球范圍內(nèi)最大的組裝、封裝和測(cè)試運(yùn)營(yíng)中心，補(bǔ)充了Qorvo現(xiàn)有的北京制造業(yè)務(wù)， 并與Qorvo北京工廠組成Qorvo中國(guó)制造中心，共同合力支撐全球的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。

這一種很典型的十幾年前一種基于基板（Substrate）的層壓封裝結(jié)構(gòu)模型（Laminate Module Package），它大致上可分為幾個(gè)步驟：首先在基板表面貼裝SMT的被動(dòng)元件，也就是我們平時(shí)常用到的電容、電感等。第二步貼主動(dòng)元件，就是中間部分的晶圓，它實(shí)現(xiàn)芯片的大部分電路功能。這兩步做完之后，需要連接電路，以前一般用金線、銅線、鋁線進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)芯片的電路功能。做完這三步后，芯片的功能便基本實(shí)現(xiàn)了，接下來(lái)還要用一些材料，比如陶瓷或聚脂，對(duì)芯片塑封以確?？煽啃浴＿@就是封裝最基本、最簡(jiǎn)單的一套流程。

1晶圓研磨和切割工藝

2倒裝芯片貼裝工藝

在芯片里貼被動(dòng)元件與在電路板上貼元件類似，刷上焊錫膏，把被動(dòng)元件焊接到基板上面，實(shí)現(xiàn)它的連接功能，唯一的區(qū)別只是它用到的SMD元件會(huì)更小。今后的趨勢(shì)是分立元件會(huì)更多地集成在芯片里，外圍不會(huì)有太多元件。

作為功率放大的器件，需要高功率的、高帶寬的材料，比如砷化鎵、氮化鎵，也需要一些低頻的功率器件，共同做在晶圓上。每一片晶圓，可能包含許多直徑大概0.1到0.5毫米的小晶片，我們稱之為die。對(duì)晶圓的專用機(jī)器會(huì)使用環(huán)氧樹脂將晶圓粘接到目標(biāo)表面，令目標(biāo)與晶圓進(jìn)行導(dǎo)電導(dǎo)熱的連接。環(huán)氧樹脂材料對(duì)die和die之間的距離有一定限制，隨著晶圓越做越小，也可能用到一些其它新材料，例如導(dǎo)電薄膜，從而使芯片的集成度提高。

3引線鍵合工藝

焊線（Wire Bond）將芯片上的電路連接起來(lái)?，F(xiàn)在焊線的方式會(huì)用到一個(gè)mil（千分之一英寸，約0.0254mm）的金線，隨著成本控制和其它一些生產(chǎn)考量，也會(huì)用到合金、鋁線或其它一些焊線材料。不同的die之間互相用這種線進(jìn)行連接。

雖然采用焊線的芯片，基板設(shè)計(jì)靈活度較高，但焊線制約了封裝的尺寸。隨著頻段越來(lái)越寬、頻譜越來(lái)越復(fù)雜，焊線技術(shù)已不太適用消費(fèi)電子產(chǎn)品，尤其是可穿戴設(shè)備。現(xiàn)在常用銅柱凸點(diǎn)倒裝的方式實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)的連接。

最終我們利用環(huán)氧樹脂、二氧化硅或其它材料對(duì)芯片進(jìn)行塑封，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性，比如防潮、防震這些功能。塑封完成后會(huì)在芯片上面激光打碼，留下一些基本信息，通過(guò)這些信息就可以追溯芯片的生產(chǎn)記錄。打碼后會(huì)將整版芯片切割成單個(gè)芯片包裝。

5切割工藝

6檢驗(yàn)

包括磁阻檢測(cè)、整板測(cè)試、干式烘焙測(cè)試、晶圓探測(cè)等。

//射頻芯片封裝模式的不斷演進(jìn)//

縱觀芯片封裝模式的演進(jìn)，5-10年前器件的封裝更多的是用Wire Bond間隔的模式，通過(guò)晶片貼到類似于傳統(tǒng)意義的PCB的基板上，達(dá)到厚度更薄密度更高。又或者是Wire Bond間隔的多個(gè)晶片及表面貼裝元件的混裝方式，能夠把wafer的其它一些功能，比如控制模塊、電源管理模塊、filter，包括開關(guān)，全部封裝在里邊。

5年前的封裝模式現(xiàn)在很多主流的手機(jī)和基站產(chǎn)品仍在使用，更多用的是倒貼的方式。接下來(lái)的封裝，集成度會(huì)越來(lái)越高。系統(tǒng)級(jí)封裝（System In a Package）可將多種功能芯片，包括處理器、存儲(chǔ)器等功能芯片集成在一個(gè)封裝內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能。

此外，5G推動(dòng)芯片向更高集成度、更小尺寸和更高的性能發(fā)展，新的封裝技術(shù)要求設(shè)計(jì)和制造能力的不斷提升。周寅最后指出，QorvoRF Fusion 射頻前端模塊，實(shí)現(xiàn)了功能集成上的突破，可將中頻/高頻模塊整合到一起。通過(guò)采用 Qorvo 獨(dú)有的內(nèi)核功能組合，可提升性能，降低功耗和解決方案整體的尺寸大小，同時(shí)提供更高的載波聚合容量，滿足5G時(shí)代智能手機(jī)制造商日益增長(zhǎng)的全球覆蓋需求。