2021年12月10日 | 集微咨询：扇出型封装变得无处不在

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。

图 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。

图 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。

图 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。

图 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，台积电在该领域所佔市场份额为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%。

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。