晶圆级封装技术的应用现状

晶圆级封装（WLP）技术是一种在芯片仍为晶圆状态时就进行封装的技术。它利用薄膜再分布工艺，使芯片的输入/输出（I/O）可以分布在整个芯片表面，而非仅仅局限于芯片周边区域，从而解决了高密度、细间距I/O芯片的电气连接问题。

一、起源与发展动力 晶圆级封装技术的最初萌芽是由用于移动电话的低速I/O、低速晶体管元器件制造带动起来的，如无源的片上感应器和功率传输ICs等 。目前，该技术正处于发展阶段，受到蓝牙、GPS元器件以及声卡等应用的推动，需求正在逐步增长。随着存储器件制造商开始逐步实施WLP，更是引领整个行业的模式化变迁 。

二、应用的领域广泛 目前，晶圆级封装技术已广泛用于闪速存储器、EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驱动器、射频器件、逻辑器件、电源/电池管理器件和模拟器件（稳压器、温度传感器、控制器、运算放大器、功率放大器）等领域 。在移动电话等便携式产品中，已普遍采用晶元级封装型的EPROM、IPD（集成无源器件）、模拟芯片等器件 。

三、主要的封装技术

1. 薄膜再分布技术（WL - CSP）

• 这是当今使用最普遍的晶圆级封装工艺。其晶圆仍采用常规晶圆工艺制作。在晶圆送交WLP供货商之前，要对晶圆进行测试，以便对电路进行分类和绘出合格电路的晶圆图。

• 晶圆在再分布之前，先要对器件的布局进行评估，以确认该晶圆是否适合于进行焊球再分布。一种典型的再分布工艺，最终形成的焊料凸点呈面阵列布局，该工艺中，采用BCB（苯并环丁烯）作为再分布的介质层，Cu（铜）作为再分布连线金属，采用溅射法淀积凸点底部金属层（UBM），丝网印刷法淀积焊膏并回流。其中底部金属层工艺对于减少金属间化合反应和提高互连可靠性来说十分关键 。

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2. 凸点形成技术

• 用于在凸点焊区上制作凸点，形成焊球阵列。在晶圆级封装中，这两大技术相辅相成，前者将沿芯片周边分布的焊接区域转换为在芯片表面上按平面阵列形式分布的凸点焊区，为凸点形成技术提供了基础，进而完成整个封装过程中的关键电气连接环节 。

晶圆级封装技术的未来发展趋势

一、技术创新推动性能提升

1. 更高的集成度

• 随着半导体行业对高性能、低功耗、小尺寸等需求的不断提高，晶圆级封装技术将朝着更高集成度的方向发展。通过在芯片上集成更多的功能元件，如将多个芯片或不同功能的电路集成在一个封装内，可以减小芯片的尺寸，提高芯片的性能。例如在系统级封装（SiP）中，将处理器、存储器、传感器等不同功能的芯片集成在一起，实现了多功能一体化，而晶圆级封装技术为这种高集成度的封装提供了技术支持 。

2. 改进的热管理

• 由于晶圆级封装尺寸小且集成度高，散热成为一个关键问题。未来，将开发出更有效的热管理技术，如采用新型的散热材料、优化封装结构以提高散热效率等。例如，研究人员可能会探索使用高导热率的陶瓷材料或石墨烯等新型材料来改善散热性能，同时通过设计更合理的热通道，使热量能够更快地散发出去，以确保芯片在高负荷运行下的稳定性和可靠性 。

3. 优化的信号传输

• 高集成度使得芯片内部的信号传输更为复杂，为了减少信号干扰和传输延迟，将不断优化信号传输线路的设计。例如，采用更短的信号线、优化布线布局以及开发新的信号传输介质等。这有助于提高芯片的运行速度和数据处理能力，满足如5G通信、高速计算等领域对高速信号传输的需求 。

二、降低成本与提高生产效率

1. 工艺成本的降低

• 晶圆级封装技术本身由于是在硅片层面上完成封装测试，可以通过批量化的生产方式达到成本最小化的目标。未来，随着工艺的不断改进，如更精准的制造工艺、更少的材料浪费等，将进一步降低成本。例如，通过改进薄膜再分布工艺中的材料淀积技术，提高材料的利用率，减少废料的产生，从而降低生产成本 。

2. 生产周期的缩短

• 从芯片制造到封装再到成品的全过程，WLP技术已经大幅减少了中间环节，使得生产周期得以显著缩短。未来，随着自动化生产技术的发展和工艺流程的进一步优化，生产周期将进一步缩短。这不仅有助于降低生产成本，还能加快产品的上市时间，提高企业的竞争力 。

三、与其他技术的融合发展

1. 与异构集成技术的融合

• 异构集成是将不同工艺、不同功能、不同材料的芯片或元件集成在一起的技术。晶圆级封装技术将与异构集成技术深度融合，实现不同类型芯片（如逻辑芯片、存储芯片、模拟芯片等）的高效集成。例如，在人工智能芯片中，将CPU、GPU、FPGA以及各种专用加速器芯片进行异构集成，利用晶圆级封装技术实现紧密的电气连接和小型化封装，提高芯片的整体性能和功能多样性 。

2. 与先进制造技术的协同

• 随着先进制造技术如极紫外光刻（EUV）技术、3D打印技术等的发展，晶圆级封装技术将与之协同发展。EUV技术可以制造出更小尺寸、更高精度的芯片结构，为晶圆级封装提供更优质的芯片基础；3D打印技术则可能用于制造封装过程中的一些特殊结构或部件，提高封装的灵活性和创新性，推动晶圆级封装技术向更高层次发展 。

晶圆级封装技术在不同领域的应用前景

一、消费电子领域

1. 智能手机和平板电脑

• 在智能手机和平板电脑等消费电子设备中，对小型化、高性能和低功耗的要求越来越高。晶圆级封装技术能够满足这些需求，例如，通过晶圆级芯片尺寸封装（WLP - CSP）可以将芯片尺寸缩小到与裸片相当，从而为手机和平板电脑内部有限的空间节省出更多的空间来容纳其他组件，如更大的电池或更先进的摄像头模块。同时，该技术可以提高芯片的集成度，将多个功能模块集成在一个芯片上，减少信号传输延迟，提高设备的运行速度和响应能力，提升用户体验 。

2. 可穿戴设备

• 可穿戴设备如智能手表、智能手环等对体积和重量有严格的限制，并且需要低功耗以延长电池续航时间。晶圆级封装技术的低功耗、小尺寸特性使其成为可穿戴设备芯片封装的理想选择。例如，在智能手表中，通过晶圆级封装可以将传感器芯片、处理器芯片等进行高度集成，使得手表在保持小巧轻便的同时，具备更多的功能，如健康监测、运动追踪、信息通知等 。

二、通信领域

1. 5G通信

• 5G通信要求高速率、低延迟和大容量的数据传输。晶圆级封装技术有助于实现这些目标，通过提高芯片的集成度和优化信号传输，可以减少信号传输过程中的损耗和延迟。例如，在5G基站中的射频芯片采用晶圆级封装技术，可以提高芯片的性能，增强信号的发射和接收能力，从而提升整个5G网络的覆盖范围和通信质量。同时，在5G智能手机中的调制解调器等芯片采用晶圆级封装，也能够满足5G通信对高速数据处理的需求 。

2. 物联网（IoT）

• 物联网设备种类繁多，包括智能家居设备、智能传感器等，这些设备通常需要低成本、低功耗的芯片解决方案。晶圆级封装技术通过降低生产成本和减少芯片功耗，可以大规模应用于物联网设备。例如，在智能家居中的温度传感器、湿度传感器等采用晶圆级封装的芯片，可以实现小型化、低功耗的设计，并且能够方便地集成到各种智能家居系统中，实现智能化的环境监测和控制 。

三、汽车电子领域

1. 自动驾驶

• 自动驾驶汽车需要大量的传感器（如摄像头、雷达、激光雷达等）和高性能的计算芯片来处理复杂的路况信息。晶圆级封装技术可以提高传感器芯片和计算芯片的性能和可靠性。例如，通过晶圆级TSV（硅通孔）封装技术可以提高摄像头芯片的图像采集和处理速度，为自动驾驶汽车提供更清晰、更准确的视觉信息。同时，对于自动驾驶汽车中的控制芯片，晶圆级封装可以提高芯片的集成度，减少体积和重量，并且增强其在恶劣环境下的稳定性和可靠性 。

2. 汽车智能化

• 在汽车智能化方面，如车载信息娱乐系统、智能仪表盘等，晶圆级封装技术可以将不同功能的芯片（如处理器、图形芯片、音频芯片等）集成在一起，提供更强大的功能。例如，通过晶圆级封装实现的高集成度芯片可以使车载信息娱乐系统具备高清视频播放、3D导航、语音交互等多种功能，提升驾驶体验的同时，也满足了汽车电子系统对小型化和高性能的要求 。

四、医疗电子领域

1. 医疗设备小型化

• 医疗设备如便携式血糖仪、心脏起搏器等越来越倾向于小型化和便携化。晶圆级封装技术能够使这些设备中的芯片实现小型化，从而减小整个设备的体积。例如，在便携式血糖仪中，采用晶圆级封装的芯片可以将血糖检测电路集成在一个很小的芯片上，使得血糖仪可以做得更小、更轻便，方便患者随时随地进行血糖检测 。

2. 高性能医疗诊断设备

• 在高性能医疗诊断设备如磁共振成像（MRI）设备、CT扫描仪等中，需要高速、高精度的信号处理芯片。晶圆级封装技术通过提高芯片的集成度和信号传输速度，可以提高这些设备的诊断精度。例如，在MRI设备中的信号采集和处理芯片采用晶圆级封装，可以更快速、准确地采集和处理人体组织的磁共振信号，从而提高图像的清晰度和诊断的准确性 。

国内外晶圆级封装技术的应用前景对比

一、国内晶圆级封装技术的应用前景

1. 市场规模与增长潜力

• 中国是全球最大的电子产品制造和消费市场之一，对晶圆级封装技术有着巨大的需求。近年来，中国的晶圆级封装技术市场规模不断扩大，随着国内半导体产业的发展，其增长潜力也十分可观。例如，根据相关研究，2020年中国集成电路市场规模为8848亿元，同比增长17%，这为晶圆级封装技术的发展提供了广阔的市场空间。同时，国内企业在政府政策的支持下，不断加大对晶圆级封装技术的研发和投资，有望进一步提升国内晶圆级封装技术的市场份额 。

2. 技术研发与创新能力

• 国内在晶圆级封装技术的研发方面取得了不少进展。一些企业已经掌握了较为先进的晶圆级封装技术，如晶方科技作为国内率先进入先进封装行业的领头企业，拥有晶圆级先进封装技术、传感器微型化方案的技术、光电一体化集成技术和异质结构系统化封装技术等四大核心技术 。此外，国内高校和科研机构也在积极开展晶圆级封装技术相关的研究，为技术创新提供了人才和技术储备。然而，与国际先进水平相比，国内在某些高端晶圆级封装技术方面仍存在一定差距，例如在3D封装、异构集成封装等复杂封装技术的研发和产业化方面，还需要进一步追赶。

3. 产业生态与供应链体系

• 国内已经形成了较为完善的半导体产业生态和供应链体系，这为晶圆级封装技术的应用提供了有力的支持。从原材料供应到封装设备制造，再到封装服务提供商，国内已经有众多企业参与其中。例如，在封装设备方面，国内企业不断研发和生产出具有自主知识产权的封装设备，降低了对进口设备的依赖。但是，在一些关键原材料和高端设备方面，仍然依赖进口，这在一定程度上限制了国内晶圆级封装技术的发展。

二、国外晶圆级封装技术的应用前景

1. 技术领先地位与创新优势

• 国外一些发达国家在晶圆级封装技术方面处于领先地位。例如，美国和日本等国家的企业在3D封装、异构集成封装等高端封装技术领域拥有先进的技术和丰富的经验。像英特尔、台积电等国际巨头在晶圆级封装技术的研发和创新方面投入巨大，不断推出新的封装技术和产品。例如，台积电的InFO - PoP方法在扇出封装技术方面取得了重大突破，使其在高端封装市场具有很强的竞争力 。这些国际企业在基础研究、技术创新和工程化应用方面具有很强的实力，能够引领晶圆级封装技术的发展方向。

2. 市场份额与全球布局

• 国外企业在全球晶圆级封装市场占据较大的市场份额。例如，在WLCSP（晶圆级芯片尺寸封装）市场中，国外的ASE（日月光半导体）、Amkor（安靠）等企业是顶级的OSAT（外包半导体封装测试）厂商，在全球范围内拥有广泛的客户群体和生产基地，其产品广泛应用于全球各大知名电子产品制造商的产品中。此外，国外企业通过在全球布局生产基地和研发中心，能够更好地满足全球市场的需求，并且利用不同地区的资源优势，进一步提升其在晶圆级封装市场的竞争力。

3. 产业协同与标准制定

• 国外企业在产业协同和标准制定方面具有较强的优势。例如，在晶圆级封装技术的相关标准制定方面，国际半导体产业协会（SEMI）等组织在很大程度上受到国外企业的影响。这些企业通过参与标准制定，可以将自己的技术优势转化为行业标准，从而在市场竞争中占据有利地位。同时，国外企业之间在技术研发、生产制造等方面的协同合作也较为紧密，例如英特尔和台积电等企业在扇出工艺等方面的合作，推动了晶圆级封装技术的发展和应用。

三、对比总结

• 总体而言，国外在晶圆级封装技术方面目前具有技术领先、市场份额大、产业协同紧密和标准制定主导等优势。国内虽然在市场规模、产业生态等方面有一定的基础和发展潜力，但在技术研发和高端技术应用方面仍需努力追赶。不过，随着国内半导体产业的不断发展，政府政策的大力支持，以及国内企业和科研机构的积极创新，国内晶圆级封装技术的应用前景有望不断提升，与国外的差距也将逐渐缩小。

晶圆级封装技术应用前景的案例分析

一、晶方科技在影像传感器封装领域的案例

1. 技术引进与创新

• 晶方科技在2005年创立之初，引入了以色列的晶圆级芯片尺寸封装技术。通过在这个基础上进行消化、吸收、再创造，晶方科技逐步扩充和完善了自身的专利布局和工艺积累，逐渐构筑起了一条以知识产权和晶圆级工艺为核心的先进封装“护城河”。例如，晶方科技在影像传感器封装方面，利用晶圆级封装技术，开发出了适合不同类型影像传感器的封装解决方案，提高了影像传感器的性能和可靠性 。

2. 市场拓展与客户获取

• 晶方科技凭借其先进的晶圆级封装技术，吸引到了众多国内外一线客户。在移动通信、安防监控、医疗可穿戴、汽车电子等行业成为先进封装技术的引领者。例如，在智能手机市场，晶方科技为众多手机制造商提供影像传感器的晶圆级封装服务，随着智能手机市场的不断扩大，其业务也得到了快速发展。在汽车电子领域，晶方科技作为全球车规摄像头芯片晶圆级TSV封装技术的开发者，拥有显著的技术与量产领先优势，从而使得公司汽车电子相关业务的生产规模与业务占比在持续提升 。

3. 技术发展趋势体现

• 晶方科技的发展体现了晶圆级封装技术的几个重要发展趋势。首先是朝着更高集成度方向发展，晶方科技在其封装技术中不断提高影像传感器与其他相关电路的集成度，减小封装尺寸。其次是在不同领域的广泛应用，如在医疗可穿戴设备中的影像传感器封装，体现了晶圆级封装技术在小型化、低功耗方面的优势。最后，晶方科技通过不断的技术研发，如开发新的封装工艺和材料，也反映了晶圆级封装技术在技术创新方面的发展趋势，以满足不断变化的市场需求 。

二、台积电在高端芯片封装领域的案例

1. 扇出封装技术的突破

• 台积电在扇出封装技术方面取得了重大突破，其InFO - PoP方法使扇出封装技术达到了新的高度。例如，通过InFO - PoP封装技术，台积电为苹果公司的A10芯片提供了封装解决方案。这种封装技术使得芯片的性能得到了提升，同时也满足了苹果产品对小型化、高性能的要求。台积电在扇出封装技术上的创新，推动了整个高端芯片封装领域的发展，也使得扇出封装技术在高端移动和消费类产品中的应用越来越广泛 。

2. 对产业发展的影响

• 台积电作为全球最大的半导体代工厂商之一，其在高端芯片封装技术方面的突破对整个半导体产业有着深远的影响。一方面，它促使其他半导体企业加大在封装

先进芯片封装清洗介绍

·          研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

·         水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

·         污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

·         这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

·          运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。