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封裝類型發展史

科技 更新时间:2024-06-09 08:14:48

首先得明白晶圓級封裝和芯片級封裝的區别。這兩個概念還是比較容易區分,網上資料也有不少。筆者摘抄了國内外的一些研究報告和論文的内容供大家了解。當然筆者不是專業電子行業出身,而且關于WLP和CSP有很多的不同點,這裡都不一一叙述了。筆者隻關注自認為最不同的點。

先大緻介紹一下CSP和WLP封裝的區别。

芯片級封裝(Chip Scale Package):又名CSP封裝。CSP封裝是最新一代的内存芯片封裝技術,其技術性能又有了新的提升。CSP封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1:1.14,已經相當接近1:1的理想情況,絕對尺寸也僅有32平方毫米,約為普通的BGA的1/3,僅僅相當于TSOP内存芯片面積的1/6。與BGA封裝相比,同等空間下CSP封裝可以将存儲容量提高三倍。下圖為CSP封裝後的樣子。可以明顯地看出,CSP封裝的封裝面積要略微大于芯片面積。且需要用到接線(bond wires)或中間層(interposer)連接。

封裝類型發展史(手機濾波器專題)1

晶圓級封裝(Wafer Level Packaging):又名WLP或者WLCSP封裝,是一種更先進的CSP封裝方式。晶圓級封裝(WLP,Wafer Level Package) 的一般定義為直接在晶圓上進行大多數或是全部的封裝測試程序,之後再進行切割(singulation)制成單顆組件。而重新分配(redistribution)與凸塊(bumping)技術為其I/O繞線的一般選擇。WLP封裝具有較小封裝尺寸(CSP)與較佳電性表現的優勢,目前多用于低腳數消費性IC的封裝應用(輕薄短小)。大緻意思就是先封裝在切割。WLP最大的優點是可以使封裝面積等于芯片面積。

封裝類型發展史(手機濾波器專題)2

簡單地說,WLP大緻的制作方法就是在RDL(single residtribution layer)上進行植球(BGA技術)。然後把球焊在PCB闆上。具體的操作工藝如下圖,這裡不詳細解釋。

封裝類型發展史(手機濾波器專題)3

封裝類型發展史(手機濾波器專題)4

最後大緻的樣子如下圖:

封裝類型發展史(手機濾波器專題)5

通過上圖可以看到,植球的面積不會超過芯片本身的面積,且不采用CSP的鍵合技術。通過WLP技術進行封裝的話,封裝面積與芯片面積比可以做到1:1。這也是目前最理想的封裝方式。

下圖很直觀地展示了CSP封裝和WLP封裝在尺寸上的區别:

封裝類型發展史(手機濾波器專題)6

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總結:WLP封裝相比于CSP封裝最大的優勢在于WLP封裝的封裝面積小于CSP封裝的封裝面積。

大緻了解完WLP和CSP封裝的區别後,接下來來了解晶圓級封裝SAW濾波器與芯片級封裝SAW濾波器的區别。首先要說明幾點:

1.雖然說在5G時代BAW更适用于高頻段濾波且BAW的産量增速會遠遠高于SAW的産量增速,但是目前SAW的市場占有率仍超過70%且在未來幾年内還将占據主導地位。目前除了Broadcom和Qorvo外,别的公司生産的BAW濾波器性能上還是差點意思,性能沒有那麼穩定。而且BAW的生産研發成本遠高于SAW的成本,并且BAW的高成本在未來幾年内不容易下降,SAW在中低頻段還是有非常明顯的價格優勢。

2.濾波器封裝不同于模組封裝。比如國内的上市公司長電科技,華天科技等封測公司也能進行WLP封裝,但是他們的WLP封裝針對的是模組(module)的封裝而非濾波器的WLP封裝。目前全球僅有6家公司能進行晶圓級濾波器封裝,分别是Broadcom, TDK, Qorvo, Skyworks, Murata 和NDK。3家美國公司,3家日本公司。

3.解晶圓級封裝SAW濾波器與芯片級封裝SAW濾波器區别的目的在于,該SAW濾波器是否能做進模組。模組對濾波器的尺寸有着非常嚴格的限定,且在射頻前端器件裡,濾波器的尺寸是最難以縮小的。另外,上述提到的6家公司隻向中國出售相應的濾波器模組而非濾波器分立器。那有人就會問:那直接買模組不就好了麼為什麼還要去研究怎麼縮小濾波器尺寸?你就想一想台積電現在給不給華為供貨,再去了解下射頻前端和濾波器的重要性就知道了。

那到底晶圓級封裝SAW濾波器與芯片級封裝SAW濾波器有什麼區别呢?

1.從SAW濾波器的性能上說,包括插入損耗,寬帶抑制,溫漂,沒有非常大的區别。就是說晶圓級封裝的SAW濾波器能跟芯片級封裝的SAW濾波器性能差不多。那有人就問了,既然性能差不多那為啥晶圓級SAW濾波器就更好了呢?請看第二點。

2.晶圓級封裝SAW濾波器尺寸明顯小于芯片級封裝SAW濾波器。現在主流的CSP SAW filter的尺寸為1411和1109。國内的無錫好達作為國内最先進的濾波器生産廠商,有生産CSP倒裝産品封裝的生産線,最小可生産0907的SAW濾波器。

封裝類型發展史(手機濾波器專題)8

而基于WLP封裝的SAW濾波器尺寸遠小于CSP SAW filter。重點來了,WLP SAW filter的尺寸主要是減小在厚度上。換句話說,WLP最優勢的地方在于能降低濾波器的厚度。

下圖為TDK的SAW濾波器尺寸:

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下圖為無錫好達SAW濾波器尺寸:

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下圖為Murata SAW濾波器尺寸:

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通過比較發現,通過WLP封裝的SAW濾波器(TDK)在厚度上(0.4mm)小于CSP封裝的SAW濾波器(無錫好達和Murata)的厚度(0.65mm/0.5mm)。

通過翻閱國外的一些專利和研究報告發現,通過WLP技術可以不僅在高度上而且在長寬上縮小濾波器的尺寸:

日本的設計師可以制造出0.93mmX0.92mmX0.4mm的WLP SAW filter。(發布于2009 IEEE International Ultrasonics Symposium,網頁鍊接)

德清華瑩的設計師可以制造出0.8mmX0.6mmX0.4mm的WLP SAW filter。(網頁鍊接)

韓國的設計師可以制造除1mmx0.8mmx0.25mm的WLP SAW filter。(網頁鍊接)

那為何需要用尺寸更小的SAW濾波器呢?因為現在市面上傳統的CSP SAW filter已經不能滿足需求,受限RF前端模組的體積要求,其總厚度不能大于0.6mm。而SAW濾波器的厚度必須小于0.4mm。而CSP封裝目前無法使濾波器厚度下降至0.4mm。根據Qorvo發布的“RF Filter Technologies for Dummies", WLP的封裝尺寸相比于CSP能減小50%,厚度能縮小0.13mm。(網頁鍊接)

所以WLP SAW filter能憑借小尺寸更好的用于RF 模組内而CSP SAW filter目前因為厚度原因還不能用于RF 模組内。

3.成本和售價:這個信息網上沒有很多公開地披露,但根據筆者了解得知,某些公司的晶圓級封裝SAW濾波器可以跟SAW巨頭公司的CSP SAW濾波器賣一個價格。也就是說買家可以以相同價格買到尺寸更小的,适用于SAW濾波器,這誰不願意呢?

4.晶圓級濾波器封裝相對于芯片級濾波器封裝還有幾個好處:

設計靈活性:更小的占地面積為設計師提供更廣的WLP組件的即插即用布局無線設備配置範圍。優越的性能:模具周圍的密封空氣腔為高頻操作提供了必要的間隙,以及結構支撐和機械保護。另外,WLP能降低功耗和擴展電池壽命。

封裝類型發展史(手機濾波器專題)12

信息來源:東方财富

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