先進(jìn)封裝技術(shù)之爭 | 玻璃基賦能3D集成無源器件 (IPD）中外廠商激烈競賽中

玻璃基封裝在無源集成上技術(shù)和市場相對(duì)成熟。2/3D集成無源器件封裝成為當(dāng)前玻璃基的重要市場化應(yīng)用。本文為您列舉了當(dāng)前國內(nèi)外的一些相關(guān)企業(yè)，請(qǐng)君一堵為快。

隨著移動(dòng)和手持設(shè)備的功能越來越豐富，需要容納更多頻段，并滿足小尺寸要求。集成無源器件 (IPD,Integrated Passive Component)是一種越來越流行的技術(shù)，為射頻解決方案提供了小尺寸和高性能優(yōu)勢。

IPD?由電阻器、電感器和電容器等無源元件組成,在系統(tǒng)級(jí)封裝解決方案中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并用于半導(dǎo)體行業(yè)的許多不同功能。

移動(dòng)高速連接的需求不斷增長。用玻璃薄膜制成的 IPD 比用硅通孔 (TSV) 基板制成的 IPD 更受青睞。玻璃基板的高電阻率、低介電損耗、高熱穩(wěn)定性和可調(diào)熱膨脹系數(shù)使其在無源器件制造中的應(yīng)用日益廣泛，已成為廣泛傳感器和 MEMS 封裝應(yīng)用（包括機(jī)電、熱、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和射頻設(shè)備）的高度通用基板。

如今越來越多的制造商正在使用具有高頻電氣特性、出色的耐熱性和耐化學(xué)性以及高幾何公差的玻璃通孔 (TGV) 基板整合到他們的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)更高性能和集成度的無源器件應(yīng)用中，例如：射頻器件、毫米波無源電路、射頻天線、高性能電容、磁芯電感、高隔離度變壓器等等。當(dāng)前全球約有20億美元的薄膜IPD市場，玻璃IPD將取代絕大部分市場。

玻璃基板上集成無源器件的FC-BGA 技術(shù)開發(fā)可采納三維堆疊結(jié)構(gòu)及制作方法，包括晶圓級(jí)封裝芯片和玻璃基板IPD芯片，玻璃基板的背面刻蝕形成TGV孔，在玻璃基板的背面和TGV孔內(nèi)表面設(shè)置背面金屬布線層以實(shí)現(xiàn)芯片和IPD器件之間的短距離互連，提升電學(xué)質(zhì)量。

本文為您整理了國內(nèi)外眾多基于這些無源能力的 TGV IPD 工藝平臺(tái)。無論純IPD制造商還是IDMs，無論基板廠還是OSAT，無論R&D還是協(xié)會(huì)，憑借他們對(duì)無源器件需求的深刻理解，針對(duì)不斷精進(jìn)的工藝制程，兼具成本、性能、可靠性和靈活性優(yōu)勢，在IPD工藝方案中展開激烈的競爭。

佐治亞理工學(xué)院在十幾年前就實(shí)現(xiàn)了基于 3D 集成無源和有源元件 (3D IPAC) 的玻璃射頻模塊和 3D IPD，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的小型化、性能和成本。為了展示此類 RF IPD 和模塊，佐治亞理工學(xué)院聯(lián)合合作伙伴在裸玻璃中形成了高密度TGV通孔，使用薄膜低損耗堆積電介質(zhì)在玻璃大面板上開發(fā)了基于 3D TPV 的先進(jìn)電感器設(shè)計(jì)。采用 3D IPAC 方法的超小型 LTE 和 WLAN 模塊，該模塊雙面集成了 LNA、開關(guān)和濾波器。還基于此完成了 PAMiD 模塊集成，并集成了熱屏蔽結(jié)構(gòu)，可用于 LTE FDD/TDD、5G 和毫米波應(yīng)用。

近幾年該學(xué)校的3D系統(tǒng)封裝研究中心率先實(shí)現(xiàn)了用于高 I/O 密度和高頻多芯片集成的玻璃面板扇出(GFO)封裝。以及突破100 μm 玻璃基板上實(shí)現(xiàn)了在n257 頻段(26.5~29.5 GHz)的芯片嵌入毫米波天線集成模塊。

玻璃基3D無源射頻（RF）器件領(lǐng)先廠商3D Glass Solutions（簡稱：3DGS），可在垂直方向堆疊3-6個(gè)基底層來實(shí)現(xiàn)為 RF 子系統(tǒng)提供了顯著的 SwaP-C 系統(tǒng)，允許 RF 設(shè)計(jì)創(chuàng)建高性能 IPD。在玻璃基板中嵌入電阻器、電感器和電容器等高品質(zhì)無源元件，使客戶能夠構(gòu)建濾波器、雙工器和耦合器等，這些器件不僅體積小，而且性能高。這些玻璃芯片可以直接安裝在 PCB 上。3D 設(shè)計(jì)的 IPD 可消除寄生交叉，損耗極低。量產(chǎn)于5G與WiFi共存、5G GaN PA 匹配網(wǎng)絡(luò)、LC 諧振器和5G 毫米波帶通濾波器中。

3DGS最新的產(chǎn)品案例，在玻璃基板上進(jìn)行晶圓級(jí)制造建微型三維射頻結(jié)構(gòu)與Spectrum Control合作開發(fā)的的標(biāo)準(zhǔn)濾波器，從500 MHz到10 GHz，未來的產(chǎn)品將包括mmWave濾波器和高達(dá)300 GHz的互連器。這些新的過濾器的物理尺寸只有2.6 x 5.4mm。這家公司的主要投資者來自應(yīng)用材料、英特爾投資、長瀨、Menlo Microsystems Inc.、康寧公司以及被中國制裁罰款上千億還沒交一分的洛克希德·馬丁公司。

意法半導(dǎo)體的IPD通過玻璃晶圓制造技術(shù)和光刻加工制造。將高質(zhì)量無源元件（電阻器、電感器、電容器）集成在采用各種設(shè)計(jì)配置的玻璃基膜高電阻率硅襯底上。通過玻璃基板上的設(shè)計(jì)可以最大限度地減少信號(hào)插入損耗，性能優(yōu)于采用分立元件構(gòu)建的電路。在同一芯片上集成所有元件還確保組件參數(shù)的一致性和終端產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，意法半導(dǎo)體的 IPD 有助于加快產(chǎn)品上市時(shí)間，降低物料清單成本，縮小電路尺寸。

日月光在玻璃基板上也在業(yè)內(nèi)較早實(shí)現(xiàn)了面板級(jí)的IPD制作工藝。其3D電感方案，通過TGV 金屬化和充填工藝進(jìn)行晶圓級(jí) IPD 工藝來完成前端結(jié)構(gòu)。將射頻 ASIC 模塊與玻璃IPD模塊集成并率先導(dǎo)入市場。近年來在ASE在晶圓級(jí)玻璃上的IPD專為當(dāng)今最先進(jìn)的 RF 通信解決方案而開發(fā)。它采用定制設(shè)計(jì)極低損耗的高 Q 值電感器，外形小巧，與 QFN、BGA/LGA、倒裝芯片封裝和 WLCSP 中的當(dāng)前組裝工藝完全兼容。還提供 AIC（IC 以上）工藝。

廈門云天半導(dǎo)體在國內(nèi)率先開發(fā)并且擁有業(yè)內(nèi)量產(chǎn)最大的晶圓級(jí)玻璃基板 2.5/3D IPD（(濾波器、電感、電容）扇出封裝平臺(tái) ，開展了高 Q 值電感、微帶濾波器、天線、變壓器等一系列射頻器件研發(fā)，具有低成本、高性能、易于三維集成等突出優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)基于扇出封裝的RF/毫米波芯片/AIP 解決方案，頻率覆蓋24GHz，40GHz，77GHz，94GHz。使用5層玻璃堆疊的實(shí)現(xiàn)基于玻璃基板的圓極化天線、線極化天線、耦合傳輸、有源信號(hào)傳輸等結(jié)構(gòu)，在79GHz實(shí)測最大增益為7.4dBi?；诓Ａ椎?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1472318.html">無源濾波器性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，目前已批量化出貨。

森丸電子也是國內(nèi)較早實(shí)現(xiàn)TGV通孔制備到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化完整半導(dǎo)體工藝能力的團(tuán)隊(duì)，近年推出無源集成工藝平臺(tái)SWHP和SWUP，SWHP基于高阻硅、玻璃襯底，開發(fā)出集成MIM電容、薄膜電阻及三層厚銅電感工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能50%以上的提升。SWUP在SWHP基礎(chǔ)上，通過TGV技術(shù)突破平面工藝性能瓶頸，產(chǎn)品指標(biāo)大幅提升，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。同時(shí)推出高精度硅基電容、3D電感、薄膜電阻等高性能、高一致性、小型化的標(biāo)準(zhǔn)器件，協(xié)同客戶加速高集成度模組封裝。該平臺(tái)推出后市場反響強(qiáng)烈，不斷接到客戶的新產(chǎn)品開發(fā)和現(xiàn)有產(chǎn)品的性能升級(jí)。

蘇州甫一電子科技有限公司采用半導(dǎo)體加工技術(shù)與電化學(xué)技術(shù)相結(jié)合，制備出基于硅、玻璃基板的薄膜 IPD器件，能提供優(yōu)良的器件精度和功能密度，并與三維通孔技術(shù)相結(jié)合，能夠制作各種薄膜式電阻器、電容器和電感器及互連結(jié)構(gòu)，以及完成無源元件之間的傳輸布線。

安徽芯淮電子有限公司采用半導(dǎo)體加工技術(shù)與電化學(xué)技術(shù)相結(jié)合，制備出玻璃基板的薄膜 IPD 器件，能提供優(yōu)良的器件精度和功能密度，并與三維通孔技術(shù)相結(jié)合，能夠制作各種薄膜式電阻器、電容器和電感器及互連結(jié)構(gòu)，以及完成無源元件之間的傳輸布線。

玻芯成是集玻璃基半導(dǎo)體的新晉者。公司擁有電容、電感、電阻及芯片的2.5D和多層玻璃堆疊制程。目前開發(fā)的首批可量產(chǎn)玻璃基IPD（集成無源器件）芯片產(chǎn)品主要包括微型電感變壓器、點(diǎn)火電阻、電感芯片、發(fā)熱電阻等。該司中期目標(biāo)是以3D封裝建立IPD平臺(tái)。

晶方科技結(jié)合傳感器需求及自身工藝積累，公司具有多樣化的玻璃加工技術(shù)，在玻璃基集成無源器件上打通了制作微結(jié)構(gòu)、光學(xué)結(jié)構(gòu)、鍍膜、通孔、盲孔技術(shù)，公司自主開發(fā)的玻璃基板，在玻璃基扇出晶圓級(jí)無源器件上已有多年量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

京東方在玻璃晶圓級(jí)封裝上大力投入，實(shí)現(xiàn)了TGV高密度3D互連、高精度疊層布線、激光改性濕法腐蝕、高精度MIM電容、品管螺旋電感等技術(shù)突破。隨著京東方8inch中試線上轉(zhuǎn)量產(chǎn)線，其3D IPD 壓力傳感器實(shí)現(xiàn)出貨。

美迪凱也開發(fā)了TGV工藝，通過激光誘導(dǎo)和濕法腐蝕工藝可在在515*510mm玻璃襯底上進(jìn)行通孔精細(xì)化加工。通過扇出晶圓級(jí)封裝實(shí)現(xiàn)了在無源器件、集成天線和MEMS封裝、多層玻璃基板堆疊上的應(yīng)用。

合肥中科島晶建立了玻璃微孔制作、微孔金屬填充、玻璃基微結(jié)構(gòu)刻蝕和噴砂加工、玻璃和硅異質(zhì)異構(gòu)高隔離晶圓等標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)工藝，并成功的實(shí)現(xiàn)了3D電感、二極管、諧振器等器件的封裝。未來，合肥中科島晶將持續(xù)開展玻璃基微納加工及系統(tǒng)封裝工藝的開發(fā)，深挖玻璃基應(yīng)用領(lǐng)域。

賽微電子掌握玻璃通孔（TGV）技術(shù)已有較長的歷史。十年其瑞典Silex就順勢研發(fā)出玻璃通孔技術(shù)（TGV），用于生產(chǎn)高壓和高頻應(yīng)用的低電阻器件，以更好地利用玻璃的物理特性，減小器件的電路損耗，已對(duì)公司的收入形成長期貢獻(xiàn)。目前產(chǎn)線在MEMS先進(jìn)封裝測試研發(fā)及產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目上。

長電科技、通富微電、華天科技對(duì)IPD技術(shù)也有著獨(dú)到見解和多年豐富的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),晶圓級(jí)無源器件制造技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，你猜他們有沒有用玻璃這基？

反饋通道：本文已開白名單，支持廣泛轉(zhuǎn)載。您對(duì)文章若有產(chǎn)品信息改進(jìn)、補(bǔ)充及相關(guān)訴求，或有文章投稿、人物采訪、領(lǐng)先的技術(shù)或產(chǎn)品解決方案，請(qǐng)發(fā)送至support@fsemi.tech，或添加齊道長微信：xinguang1314。