长电科技包旭升：5G时代，挑战系统级封装技术的高地

过去50年来，摩尔定律作为半导体行业进步的金科玉律，指导产业的长期策略，以及成本控制和研发目标的制定。随着半导体工艺节点向7nm及以下发展的速度减慢，摩尔定律减速，是否已到达效率极限已经引起全球辩论。新型应用对高效节能芯片的要求越来越强烈，半导体业界正在积极探索解决方案，各种先进封装技术受到越来越多的重视。进入5G时代，对集成电路封装技术提出了更多的需求和挑战。

系统级封装技术成为封测大厂角力的新战场。在SEMICON CHINA 2020同期举办的先进封装论坛上，江苏长电科技技术市场副总裁包旭升探讨了在这一领域的技术挑战和发展，以及长电科技的技术规划。

5G商用一年以来，2020年突如其来的全球疫情改变了人们的生活方式。很多活动都搬到了线上，这对5G及新一代信息技术的发展起到了极大的助推作用；反过来，5G也加速了数字经济的增长。包旭升指出，IHS的研究预测显示，到2035年，5G产业链将为中国带来1.1万亿美元产值，带动超过1千万个就业岗位。在带动经济成长的同时，5G通信的高频、高速、低时延、多通路特性给集成电路封装带来新的技术挑战。

在这种趋势下，半导体业界正在积极探索解决方案，包括3D封装，片上系统(SoC)到系统级封装(SiP)等先进封装技术。包旭升表示，其中SiP已经成为主流封装解决方案，高性能运算领域的2.5D/3D封装，通讯射频应用的SiP模组封装、毫米波天线所需的SiP for AiP模组封装是系统级封装集成的三种典型结构。Chiplet 2.5D/3D封装已经快速兴起并成为高性能运算应用的技术趋势，但其所需的很多的封装工艺是fab前道制程的延续，多家fab厂、IDM厂在积极地发展这种封装结构作为摩尔定律的延续，在这个领域封装厂面临很多挑战。封测厂在积极发展2.5D/3D封装技术的同时，要更加着力发展异质异构的SiP模组技术，而成功导入SiP模组封装，需要做好协同设计/仿真、封装材料的分析与选择、高密度集成工艺的选择、以及采用自动化的制程来保证产品质量等。

在协同设计与仿真方面，包旭升表示，如今芯片-封装-系统的协同设计仿真已成必然选项，封装结构、设计规则、材料选择、仿真模型成为“天生良品”的关键。在这个过程中，设计规则和仿真模型则必须要依据实测数据持续校正和更新。

在封装材料的分析与选择方面，5G频段对封装材料的分析与筛选的要求提高了很多。包旭升以导电和介质材料举例指出，导电金属材料，例如降低Cu表面粗糙度对减少信号传输损失更有效，选择各种高频材料时也必须平衡材料特性和封装的其他性能，例如可靠性。他表示，长电科技在高密度贴装用基板选材上就做了详细的规划。例如在Core、 Buildup (ABF)、PPG、SM等材料，除具备现阶段高良率高性能量产的材料选择外，也规划了未来三年随着5G技术和性能演进，在封装材料上都能有较优的选择。

在高密度封装集成工艺方面，智能手机射频前端（RFFE）是一个典型应用。5G将重新定义RFFE在网络和调制解调器之间的交互。新的RF频段（如3GPP在R15中所定义的sub-6 GHz和毫米波（mm-wave））给产业界带来了很大挑战。包旭升介绍，随着网络通讯技术的发展，尤其通讯技术的前向整合及解决5G高功耗与电池供应的问题，当今5G智能手机中的通讯功能模块具备了更加复杂的结构，需要集成的PA、FEM、电源管理、基带等更多的元件，这些都需要封装技术不断革新来满足高集成度的要求。

对此，包旭升表示，应对这些高密度系统级集成封装的关键技术与工艺包括高密度贴装SMT能力、双面成型SiP技术、芯片嵌入基板(EDS)封装技术及电磁干扰屏蔽技术等。他举例说，通过双面成型来缩小封装总面积的效果显著，在一些SiP模组上可以实现高达40%面积的节省，而且因为在基板的两面都置放了芯片和被动元件，基板内的布线距离也被缩短，从而提高了整个5G射频前端的信号完整性，降低了层间互扰的工程风险。根据他分享的一个长电科技重点客户验证完成的双面成型5G Mobile SiP案例，厚度从950微米减薄到750微米。“对上述所有高密度集成封装解决方案中，高度自动化的制程都是产品质量的保障。”包旭升强调。

在毫米波天线封装技术AiP中，不同的应用需求催生了多种封装解决方案。例如为将天线元件与射频组件集成用于5G移动通信，提出了具有不同架构的多种封装解决方案，由于成本和成熟的供应链，基于层压基板的倒装芯片率先被用于AiP，成长空间很广阔。此外，随着ADAS升级，24-26GHz和77-81GHz波段的ADAS应用都需要不同的封装技术来实现。

除了5G，长电科技还将聚焦AI、汽车、存储等主流应用市场，并针对不同市场的需求规划系统级封装技术演进，从SiP的集成级别、密度、复杂性等方面入手，形成具差异化的解决方案，逐步实现从单面成型SiP转向双面成型SiP、基于嵌入式基板的SiP封装以及多层3D SiP等更先进的系统级封装技术。