2021年晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)技术应用现状及市场前景分析

 行业新闻     |      2021-07-19 16:20:25    |      小编

先进封装是指处于当时最前沿的封装形式和技术。目前,带有倒装芯片(FC)结构的封装、晶圆级封装(WLP)、2.5D 封装、3D 封装等被认为属于先进封装的范畴。

先进封装发展线路图

先进封装发展线路图

从2018 年到2024 年,整个半导体封装市场的营收预计将以5.2%的复合年增长率(CAGR)增长,而先进封装市场将以8%的复合年增长率增长,市场规模到2023 年将增长至400亿美元。另一方面,传统封装市场的复合年增长率则低于3.3%。在各种不同的先进封装平台中,3D 硅通孔(TSV)和扇出型(Fan-out)封装,将分别以29%和15%的速度增长。而占据先进封装市场主要市场份额的倒装芯片(Flip-chip)封装,将以约8%的复合年增长率增长。与此同时,扇入型晶圆级封装(Fan-in WLP)主要受到移动市场驱动,也将以8%的复合年增长率增长。

2018~2024 年全球先进封装技术市场规模预测情况(十亿美元)

2018~2024 年全球先进封装技术市场规模预测情况(十亿美元)

此外,前段晶圆制造与后段先进封装结合的趋势日渐增强。全球晶圆制造大厂(如英特尔、台积电和三星等)更是将先进的晶圆制造技术与先进封装形式紧密结合,以强化集成电路产品制造的技术集成优势。受技术和规模两方面的影响,全球封测产业集中度稳步提升,2017 年前八大封测企业(含晶圆代工厂后段封装业务部分)占据先进封装市场约87%的份额。

晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)作为一类先进封装技术,符合消费电子发展的需求和趋势(产品的轻小短薄化和低价化)。WLCSP 封装与传统封装相比,其主要优势体现在:①WLCSP优化了封装产业链。传统封装方式是先将晶圆划片成颗粒芯片,经测试为合格芯片后,将其放到引线框架或封装衬底(基板)上,而后再进行封装测试,产业链涉及晶圆厂、基板厂、封装厂、测试厂。而晶圆级芯片尺寸封装是先对晶圆进行封装、测试作业,然后再对封装测试后的晶圆进行切割。相对传统封装,WLCSP 封装能将传统封装的产业链中的基板厂、封装厂、测试厂整合为一体,使得芯片生产周期大大缩短,提高了生产效率,降低生产成本;其次,WLCSP 封装能减少封装前合格芯片的测试环节,能有效降低封装成本;最后,WLCSP 封装是晶圆制造技术的延伸,极大地缩小了半导体后段(即封装)与前段(即晶圆制造)的技术差异,容易实现半导体后段与前段的技术对接。WLCSP 封装可将IC 设计、晶圆制造、封装测试、基板厂整合为一体,优化了产业链,解决专业代工模式在IC 设计、晶圆制造、封装测试、基板厂等各环节的技术与标准对接问题,更加推动了专业代工模式的发展。

2018 年应用先进封装的晶圆数量(等效12 英寸)及各商业模式分布情况

2018 年应用先进封装的晶圆数量(等效12 英寸)及各商业模式分布情况

②封装成本随晶圆上芯片数量增加而降低。晶圆级芯片尺寸封装是在整片晶圆上进行封装后再切割得到芯片,而传统封装是将晶圆先切割成芯片后,再对芯片实施单独的封装。一般而言,WLCSP 的封装成本是按照晶圆数计量的,与切割后的芯片数无必然联系,而传统封装的封装成本是按封装芯片的个数计量的。因此,WLCSP 的封装成本随晶圆尺寸的增大和芯片数量增加而降低。在消费类电子产品轻、小、短、薄化的市场发展趋势下,晶圆级芯片尺寸封装的成本优势愈加明显,将逐步挤占传统封装的市场份额。

③WLCSP 将成为未来的主流封装方式。业界认为基于硅通孔(TSV)的三维封装技术为是超越摩尔定律的主要解决方案,是未来半导体封装技术发展趋势。而WLCSP 封装是硅通孔技术的基础,两者工艺十分相似,通过掌握WLCSP 封装技术(尤其是Shellcase 系列WLCSP)能快速进入硅通孔技术领域,在未来三维封装技术中扮演主要角色。

晶圆级芯片尺寸封装与传统封装的区别

晶圆级芯片尺寸封装与传统封装的区别

据Yole Development 预测,WLCSP 封装的市场容量将由2010 年的14 亿美元左右增长至2018 年的32 亿美元,年复合增长率为12%,占先进封装比例约11%,占全球封测业比例约6%。受益消费电子、汽车电子等小尺寸芯片的需求拉动,我们预计2019 年WLCSP封装市场容量约35 亿美元,占比有望进一步提升。

WLCSP 主要采用晶圆凸点封装和Shellcase 系列WLCSP 两种封装技术。晶圆凸点封装是一种技术难度相对较低的WLCSP 封装形式,它的主要特点是在芯片正面直接引出电路及焊垫,而Shellcase 系列WLCSP 不仅可以在芯片正面直接引出电路及焊垫,也可以将芯片的电路引至芯片的背面后再制作焊垫,Shellcase 系列WLCSP 封装包括了晶圆凸点封装的技术要点,其技术难度要高于晶圆凸点封装,且工艺流程也较晶圆凸点封装复杂。由于在技术难度和应用领域上存在显著差异,晶圆凸点封装技术单价比Shellcase 系列封装技术单价低。Shellcase系列WLCSP 在影像传感器封装上具有绝佳的优势,而晶圆凸点封装由于在芯片正面引出焊垫,无法应用至影像传感器等领域。

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