后摩尔定律时代 电子制造产业链走势分析

　　传统BGA/CSP封装及IC载板

　　广义上的封装包括两部分，一级封装IC载板和二级封装PCB(SMT)，我们所说传统的BGA/CSP封装即为一级封装，即把裸芯片通过wire bonding或是flip chip的方式与IC载板进行互联然后塑封即完成了封装，见图7：

　　图 7 封装等级

　　由于一级封装时，IC裸芯片与IC载板互联时一般采用高熔点的铅锡合金，熔点在300度以上，高出二级封装SMT焊接温度260度40多度，所以对IC载板的耐热性及CTE(α2 X、Y CTE 5-7ppm/℃)要求极高，这就是IC载板使用的板料必须为高刚性低CTE BT板料或FR5板料的原因，也是IC载板区别于PCB(α2 X、Y CTE 15ppm/℃)的第一大特点。

　　IC载板的类型

　　应用于智能手机的消费电子IC封装主要考虑便携性、低成本等因素，一般采用CSP封装，封装尺寸较小，而应用于高性能计算机的IC封装，主要考虑性能，一般采用较为大型的、I/O数非常多的BGA封装。目前主流的IC载板类型见表格1：

　　IC载板精细线路加工技术

　　随着IC设计节点的不断缩小，IC尺寸也不断缩小，从而导致了IC封装时的Bump pitch也逐渐缩小，从下图可以看出，当IC Bump Pitch在150um以下时，常规的tenting酸蚀流程加工已经无法满足IC载板的精细线路加工要求，必须采用MSAP、SAP或是类似流程。这是IC载板区别于PCB的第二大特点。

　　图 8 IC载板精细线路加工技术

　　WLP及SLP

　　晶圆级封装(WLP，Wafer Level Package) 的一般定义为直接在晶圆上进行大多数或是全部的封装测试程序，之后再进行切割(singulation)制成单颗组件。而重新分配(redistribution layer, RDL)与凸块(bump)技术为其I/O布线的一般选择，从而摆脱了对IC载板的依赖，封装成本大大降低。WLP封装具有较小封装尺寸(CSP)，但同时，由于凸块全部位于芯片下方，I/O数受到大大限制，所以，WLP封装一般又称为WLCSP或是Fan-In WLP，目前多用于低脚数消费性IC的封装应用。

　　伴随IC芯片I/O数目增加,对锡球间距(Ball Pitch)的要求更加严格, 目前Ball Pitch已经发展至0.35mm，如果持续降低，将会造成下游PCB制造成本大大增加，于是Fan-Out WLP应运而生，见图9：所谓Fan-Out，即I/O bump可以通过RDL层扩展至IC芯片周边，在满足I/O数增大的前提下又不至于使Ball Pitch过于缩小从而影响PCB加工，见图10。

　　图 9 Fan-In and Fan-Out

　　图 10 Fan-Out WLP

　　当然，Fan-Out WLP除了满足不断增加的I/O数的需求外，最大的特点就是其采用RDL层布线代替了传统IC封装所需的IC载板，从而大大降低了整体封装厚度，这一点极大地适应了消费类电子尤其是智能手机对厚度的极端苛求。基于此点，传统的FC-CSP和FC-BGA封装也逐渐向Fan-Out WLP过渡，当然也可理解为Fan-Out WLP是Fan-In WLP和FC载板封装的技术融合，见图11。可见Fan-Out WLP发展前景非同一般。

　　图 11 Fan-Out WLP发展趋势

　　伴随Fan-Out WLP技术兴起，相配套的PCB由于使用了IC载板的精细线路加工技术MSAP，其加工难度却又远高于常规HDI。另外，由于IC芯片采用Fan-Out WLP后，已经不再是裸芯片(IC载板是裸芯片封装，这也是IC载板区别于PCB的第三大特点)，所以与之配套的PCB并不能称为载板，根据目前苹果电子产业链的业内人士所述，把采用Fan-Out WLP封装和采用MSAP工艺加工的PCB称为类载板PCB(SLP，Substrate-like PCB)。Apple 2016年发布的iPhone7的A10 Fusion已经采用TSMC InFoWLP工艺，但PCB仍然采用酸蚀流程，据了解，2017的A11芯片也将延续TSMC InFoWLP工艺，并且已经确定PCB采用MSAP流程，所以，类载板PCB的定义和技术指标也变得更加具体，见表格2：

　　SiP

　　根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义，SiP是从封装的角度出发,对不同芯片进行并排或叠加的封装方式，将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统。

　　SiP可相当于一系统载板的相关功能芯片、电路的总和,而依据不同的功能芯片进行系统封装,可以采简单的Side by Side的MCM(Multi-chip Module)技术(2D Package),也可利用相对更复杂的多芯片封装MCP(Multi-chip Package)技术、芯片堆叠(Stack Die)等不同难度与制作方式进行系统组构(2.5D和3D Package)。也就是说,在单一个封装体内不只可运用多个芯片进行系统功能建构,甚至还可将包含前述不同类型器件、被动元件、电路芯片、功能模组封装进行堆叠,透过内部连线或是更复杂的3D IC技术整合, 构建成更为复杂的、完整的SiP系统功能。常见的SiP封装样式见表格3：

　　从上表可以看出，SiP 载板其实就是IC载板的一种，其技术和规格和传统BGA/CSP封装相同。前面我们提到的Apple Watch S1芯片采用SiP封装，其实是一种比较特殊的IC载板，既可称作IC载板也可称作PCB主板。

　　未来电子制造技术的发展趋势及电子制造产业链整合

　　在后摩尔定律时代，正如前言所述，整个电子产业链正沿着深度摩尔和超越摩尔两条道路前行，也潜移默化的整合着整个电子制造产业链的布局。

　　从深度摩尔角度看，Fan-Out WLP将延续封测领域的“先进制程”，晶圆厂抢食封装厂订单

　　随着晶圆厂在先进制程上的进展，不断满足摩尔定律的要求，每一颗晶圆的尺寸在不断缩小。然而，同制造技术不同，后道封测并不完全遵从摩尔定律的发展，换言之，直接在晶圆上的植球尺寸，不会满足同比例缩小的技术演进。对于封测厂商来说，随着I/O口的增多和晶圆尺寸的缩小，如何再满足封装管脚的引出是一大挑战。而对于晶圆厂来说这确是一个机遇。今年9月即将发布的纪念版iPhone A11将采用TSMC 10nm的InFoWLP封装技术，而与之对应的主板则会革命性地将载板的精细线路制造技术MSAP导入PCB行业，重新定义了电子制造产业链，由于原来的IC制造(TSMC)→IC封装(ASE)+IC载板→SMT(Foxconn)+PCB的制造流程改为IC制造(TSMC)→ SMT(Foxconn)+PCB，也即把IC封装融入IC制造，PCB直接代替IC载板。见图12：

　　图 12 电子制造产业链整合趋势1

　　如此，曾经一度由封装厂主导和掌控的IC封装市场逐渐被IC制造企业晶圆厂吞食。各大晶圆厂如三星和Intel也在积极布局类似于InFoWLP的高端封装技术，逐渐抢夺原有IC封装厂的市场订单。

　　从超越摩尔角度看，SiP将重构封测厂的地位和角色，向方案解决商转变

　　Apple Watch S1芯片的SiP封装，其整个电子制造产业链也由传统的IC制造(TSMC)→IC封装(ASE)+IC载板→SMT(Foxconn)+PCB缩短为IC制造(TSMC)→IC封装(ASE)+IC载板，也即把SMT流程全部整合入IC封装，见图13：

　　图 13 电子制造产业链整合趋势2

　　如此，封装厂需要提供：从芯片封装到系统集成的整体解决方案;具备系统设计和测试能力;除了传统芯片封装之外，EMI防护，3D/嵌入式封装结构，嵌入式天线等高集成度方案的know how，都将由封装厂来掌握。进一步而言，封装厂将从单纯地为某一家IC设计企业提供芯片封装方案，转变成为下游的整机商提供完整的系统解决方案。

　　PLP(Panel Level Package)将会对原有电子制造产业链做最深刻的整合

　　随着SiP封装技术的不断发展，越来越多的元器件被埋入IC载板，原来的埋入被动元件已经司空见惯，埋入主动元件如IC等正方兴未艾，以进一步提升集成度，见图14。

　　图 14 PLP

　　同时，随着IC制造领域的光刻对位技术的逐步提升，晶圆尺寸逐渐由200mm、300mm向450mm、500mm的大拼板方向提升，所以越来越多的科技工作者认为，如果直接将IC等主动元件和其他被动元件在PCB 大拼板加工过程中直接埋入，那将大大缩短整个电子制造产业链，见图15。

　　图 15 电子制造产业链整合趋势3

　　目前已有多个电子行业从业单位开发出相应的PLP产品，有PCB厂家AT&S的ECP(Embedded Components Packaging)，有IC封装厂家ASE的a-EASI(advanced-Embedded Assembly Solution Integration)，也有IC载板厂家Kinsus的EAS(Embedded Actives Substrate)。

　　综上所述，在后摩尔定律时代，加速电子产业链上下游的整合势在必行，苹果公司的iPhone A11 InFo WLP和Apple Watch S1 SiP正是这种趋势的最佳见证。这也是PCB从业者在后摩尔时代所应该看到和追随的。无论是Fan-Out WLP的类载板还是SiP的载板均需要使用到MSAP和SAP等类似精细线路加工技术，所以当前PCB行业的发展方向应该相对明确，就是开发MSAP和SAP精细线路加工技术。同时，鉴于目前电子制造行业整合趋势明显，融合了SMT贴装技术(Picking and Placing Machine)和PCB制造技术的埋入元器件技术将会同步得到发展，也是我们PCB行业远期重点关注对象。