集微咨询：扇出型封装正在变得无处不在，I / O 密度更高

12 月 10 日消息，集微咨询（JW insights）认为：

- 扇出型封装因为能够提供具有更高 I / O 密度的更大芯片，大幅减少系统的尺寸，正成为应对异构集成挑战的不二之选；

- 当 FOPLP 技术进一步成熟，有越来越多类型的厂商参与进来的时候，扇出型封装可能迎来全面的爆发。

由于摩尔定律在 7nm 以下已经难以维持以前的速度，后端封装工艺对于满足对低延迟、更高带宽和具有成本效益的半导体芯片的需求变得越来越重要。而扇出型封装因为能够提供具有更高 I / O 密度的更大芯片，大幅减少系统的尺寸，正成为应对异构集成挑战的不二之选。

扇出型封装的兴起

扇出（Fan-Out）的概念是相对于扇入（Fan-In）而言的，两者都遵循类似的工艺流程。当芯片被加工切割完毕之后，会放置在基于环氧树脂模制化合物的晶圆上，这被称为重构晶圆。然后, 在模制化合物上形成再分布层（RDL）。RDL 是金属铜连接走线，将封装各个部分进行电气连接。最后，重构晶圆上的单个封装就会被切割。

两者最大的差异就来自于 RDL 布线。在扇入型封装中，RDL 向内布线，而在扇出型封装中，RDL 既可向内又可向外布线。其结果就是，扇入型封装最大只能容许约 200 个 I / O，而扇出型封装可以实现更多的 I / O。

▲ 扇出型封装和扇入型封装

最早的扇出型封装是英飞凌在 2004 年提出的，被称为扇出型晶圆级封装（Fan-Out Wafer Level Packaging, FOWLP），在 2009 年开始进行商业化量产。但是，FOWLP 只被应用在手机基带芯片上，很快就达到了市场饱和。直到 2016 年，台积电在 FOWLP 基础上开发了集成扇出型（Integrated Fan-Out, InFO）封装，用于苹果 iPhone 7 系列手机的 A10 应用处理器。两者的强强联手终于将扇出型封装带向了新高度。

▲ 2020-2026 年扇出型封装市场发展预期（图源：Yole）

如今的扇出型封装正处在高速增长期中。根据 Yole 最新的报告，扇出型封装市场正经历强势增长，2020-2026 年间的整体 CAGR（复合年增长率） 将达 15.1%，市场规模在 2026 年底将增至 34.25 亿美元。其中，移动与消费领域为 16.13 亿美元，电信与基础设施领域为 15.97 亿美元，汽车与出行领域为 2.16 亿美元。

花开两支

扇出型封装有两大技术分支：晶圆级扇出型 (Fan-out Wafer Level Packaging, FOWLP) 和板级扇出型技术 (Fan-out Panel Level Packaging, FOPLP)。

FOPLP 技术的雏形是埋入基板式的封装，将一些无源器件或功率器件埋入在基板里面进行 RDL 互连，形成一个小型化的解决方案。相比 FOWLP，FOPLP 的封装尺寸更大，成本更低，很快就成为封装领域的研发热点。FOWLP 擅长于 CPU、GPU、FPGA 等大型芯片，FOPLP 则以 APE、PMIC、功率器件等为主。

FOPLP 采用了如 24×18 英寸（610×457mm）的 PCB 载板，其面积大约是 300 mm 硅晶圆的 4 倍，因而可以简单的视为在一次制程下，就可以量产出 4 倍于 300mm 硅晶圆的先进封装产品。

▲ FOWLP 与 FOPLP 在尺寸上的差距

FOWLP 的发展主要由台积电将 InFO 提供给 IOS 生态所推动，现在也有越来越多的顶级手机 OEM 厂商将采用 HDFO（High-Density Fan Out：高密度扇出）设计。不过，FOWLP 仍然是一项利基技术，目前只有台积电、三星、ASE 等不多的参与者。因其竞争者扇入式 WLCSP 和 FCCSP 仍保有低成本、高可靠性等优势，核心 FOWLP 成长也不会特别快速。

5G mmWave 的采用可能有助于增加 FOWLP 的数量，特别是对于 OSAT 细分市场（RF 细分市场）。随着越来越多的手机 OEM 厂商希望为应用处理器采用 HDFO 平台，FOWLP 资本支出预计将增长。

FOWLP 市场还具有较大的不确定性，需要新的集成解决方案和高性能扇出型封装解决方案。但是，该市场具有很大的市场潜力。主流的封装厂和台积电都已经拥有自己的 FOWLP 技术，只是命名各有不同。

FOPLP 可被认为是一种从晶圆和条带级向更大尺寸面板级转换的方案。和 FOWLP 工艺相同，FOPLP 技术可以将封装前后段制程整合进行，可以将其视为一次的封装制程。由于其潜在的成本效益和更高的制造效率，吸引了市场的广泛关注。加之面板的大尺寸和更高的载具使用率（95％），还带来了远高于 FOWLP 的规模经济效益，并且能够实现大型封装的批量生产。

由于 FOWLP 的成功和市场认识，使 FOPLP 吸引了更多关注，包括许多不同商业模式的厂商，例如外包半导体组装和测试厂商、IDM、代工厂、基板制造商和平板显示（FPD）厂商。它们都力争通过 FOPLP 技术涉足先进封装业务。

FOPLP 有两条技术路线，一是像三星电机为三星公司的 AP 处理器采用该技术，这需要非常强有力的客户来做支撑；二是原来做 QFN 的 MOSFET 等产品，用基板类的工艺路径来实现板级封装，这条路线更适合普通的厂商。

▲ 2020-2026 年 FOPLP 与 FOWLP 的增长预测（数据来源：Yole）

根据 Yole 的报告，FOWLP 仍占扇出型封装的绝对主流，2020 年的市占率达到了 97%。不过 FOPLP 也将稳步成长，市占率将从 2020 年的 3% 提升到 2026 年的 7%。

无论是 FOWLP 还是 FOPLP，扇出型封装中异质整合了各类芯片，如何将其合理布置到 PCB 上并实现高效的电气连接，如何形成高膜厚均匀性且高分辨率的 RDL，都是需要面对的关键挑战。

各路厂商竞相布局

台积电是 FOWLP 市场的领先者，主要得益于 inFO 封装成功运用在 iPhone 的 APE 中，并在 2016 年产生了一个新的细分市场：HDFO（高密度扇出型封装）。InFO-oS 技术现已用于小批量制造中的 HPC，还为服务器开发了 InFO-MS（基板上的内存），也为 5G 开发了 InFO-AiP。同时兼具晶圆代工和高端封装两种身份，让台积电会继续创造独特的价值。

目前，台积电在该领域所占市场份额为 66.9%。而台积电、日月光半导体、江苏长电科技和安靠科技所占市场份额总计达 95%。

中国大陆地区封装厂也在积极布局扇出型封装，并开发出了具有特色的新工艺，比如长电先进开发的 ECP 工艺，采用包覆塑封膜替代了液态或者粉体塑封料；华天开则发出 eSiFO 技术，由于采用 via last TSV 方式，可以实现高密度三维互连。

在 FOPLP 方面，三星电机是绝对的引领者。当初，三星电机正是通过发明这种技术来与台积电的 inFO 相抗衡。

三星集团在设计、内存、逻辑、封装、芯片组装和最终产品方面发挥了重要作用，因此可以在其内部推动扇出型封装的突破。作为三星集团的一部分，三星电机要贡献差异化但成本低廉的技术。在 2018 年，三星电机通过为三星 Galaxy Watch 推出具有扇出型嵌入式面板级封装（ePLP）PoP 技术的 APE-PMIC 设备，实现了新的里程碑。三星电机将继续为具有成本效益的高密度扇出封装进行创新，以便再次与台积电竞争苹果的封装和前端业务。

日月光也推出面板级扇出型（Panel FO）封装，2019 年底产线建置完成，于 2020 下半年量产，应用在射频、射频前端模组、电源服务器中。

除了三星电机之外，J-DEVICES、FUJIKURA、日月光半导体、Deca Technologies、矽品科技等封装厂也在积极投入 FOPLP 制程中。在大陆地区，合肥矽迈、中科四合、重庆矽磐微等厂商也都实现了批量出货。

目前看来，FOWLP 和 FOPLP 都有各自的发展路径。不过，FOPLP 的发展给了封装厂，乃至基板制造商和平板显示（FPD）厂商在扇出封装领域同晶圆代工厂一较高下的资本。集微咨询（JW insights）认为，当 FOPLP 技术进一步成熟，有越来越多类型的厂商参与进来的时候，扇出型封装才会迎来全面的爆发。