从芯片到射频前端器件 5G商用加速封装技术演进

来源:电子网 作者:Simon 时间:2019-03-29 18:00

5G 封测 厂商

  作为芯片制造的最后一道工序,封装起着保护、增强芯片环境适应性的能力。伴随着5G技术渐行渐近的步伐,众多封装企业如今已开始厉兵秣马、积极备战,迎接5G芯片订单潮的来袭。尽管市场前景大好,但在技术上,5G芯片却对封测厂商也提出了更高的门槛。

  不同于过去的通信技术,5G包含的频段涵盖了2G、3G、4G,且在更高频段中5G也有相关的应用。从频段覆盖角度方面来看,5G已远超以往通信技术,频段越高对于封装技术的要求也越高。

  “第四届智能硬件创新创业互动论坛-5G和射频前端技术及应用”会议开场

  3月28日,由电子网举办的“第四届智能硬件创新创业互动论坛-5G和射频前端技术及应用”会议上,面对复杂多变的5G技术要求,多位业内封装技术领域的专家也相继发表了自己的独到见解。

  华天科技集团CTO于大全认为:“目前,射频SiP的封装包含10-15个异质芯片(硅基,Ⅲ/Ⅴ等)。5G时代,智能手机中的RF器件数量大幅增加,SiP、芯片集成技术也将获得更广泛应用。未来毫米波将需要更高密度的芯片集成,以实现最小化信号路径并保持低损耗。这就需要寻找低损耗材料,同时对天线集成、集成芯片封装架构的调整以及研究屏蔽方法等。其中,晶圆级硅、玻璃转接板以及扇出技术将扮演核心角色。”

  5G射频器件封装趋势

  作为全球前十大IC封测代工企业的华天科技,于2018年年末便已成功实现了毫米波雷达芯片的硅基扇出型封装,据记者获悉目前良率达到了98%,且正在进行小批量量产。同时,天线领域由于频段越高,天线越小,因此有机构预测未来5G高频通讯芯片封装也将向AiP(Antenna in Package)技术和扇出型封装技术发展。

  华天科技的硅基扇出型封装解决方案

  除此,因目前各国电信频谱并不一致,比如在4G LTE中就包含了30多个频谱。5G上的频谱则会更多,这就意味着若要在全球不同频段下兼容5G及4G LTE,就必须把不同的元件整合在一起,推出支持不同频段的前端射频模组。

  从当前的手机芯片及前端模组设计来看,暂无法将RF、PA、滤波器、LNA、Switch等芯片通过同一种半导体工艺制作出来。因此,业界仍需要采用SiP封装技术将异质芯片整合在一起,于大全表示:“华天科技的硅基扇出技术可以很好的满足异质芯片的这种封装需求。”

  作为5G射频前端中最重要的部分,滤波器封装自然也成为了封测厂商们关注的焦点。据记者了解,滤波器封装通常采用芯片级封装CSP,CSP封装可以使芯片尺寸最小化。如今,业界共推出了三代CSP技术,每一代CSP都含有一个采用共烧技术制造的平面内插结构,以及用于建立声表面波芯片和基片之间电连接的焊球,三代CSP的不同之处主要在于:芯片和基片之间空腔的闭合方式各异。

  苏州捷研芯纳米科技有限公司副总经理王建国

  苏州捷研芯纳米科技有限公司副总经理王建国表示:“目前,捷研芯主要使用CSP-3技术,主要通过结合使用光刻与电化学工艺,在陶瓷基片上制作出铜框架和铜柱,先覆盖薄膜,然后从铜框架处移走不需要的薄膜,同时用镍铜镀层进行气密封装。”

  CSP-3封装技术工艺示意图

  同时,在面对目前滤波器封装市场时,王建国认为:“当前滤波器有SAW、BAW、FABR等,SAW滤波器承受功率小、温度特性差、Q值低、合适应用频段2GHz以下。而当声信号在介质内部是垂直传播,并高于1.5GHz时,BAW滤波器就非常具有优势。不过,FBAR工作频率可高达20GHz、温度特性好、承受功率大,是未来通讯系统的发展趋势。”

  捷研芯的CSP金凸点倒桩真空覆膜成腔封装技术流程图

  针对SAW、BAW等滤波器的封装,王建国表告诉记者:“对于SAW、BAW滤波器封装要求主要有三点,一是器件有源表面必须有一定空间;二是衬底和封装材料必须有良好的热匹配;三是防止湿气浸人和微粒沾污。捷研芯主要采用CSP金凸点倒装真空覆膜成腔技术,而世界范围内约70%的SAW产品采用的是金倒装技术,在BAW滤波器封装上也有成本和良率优势。金倒装技术在高端器件上的应用非常广泛,捷研芯建立我国第一条专业金倒装代工线,当然其他工厂也有金倒装代工线,不过捷研芯主要是自主建设的。目前,国外专利布局已经完成,国内想突破非常有难度。”

  总之,从当前市场来看,5G技术给封装工艺带来了更新的挑战。但与此同时,众多封测厂商已纷纷推出了自己独有的封装技术,以面对5G高标准的封测需求。面对5G的庞大市场,众多封测厂商已开始厉兵秣马,但5G既是机遇也是挑战,未来如何就要看厂商自己的本事了。



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