53303/06
進入后摩爾時代，越來越考驗各家芯片廠商的集大成能力，芯片要繼續(xù)朝著小型化、多引腳和高集成的方向持續(xù)發(fā)展，除了常規(guī)的工藝微縮，各種先進封裝技術已然不可或缺。作為后摩爾時代芯片性能提升最佳途徑，以倒裝芯片（Flip-chip）等為代表的先進封裝技術平臺已成為中高性能產(chǎn)品封裝優(yōu)選方案，而在倒裝芯片中又以FCBGA技術為主流。蘋果是FCBGA封裝技術的忠實采用者，蘋果最早在自家的處理器中應用FCBGA封裝技術，是在2006年的A5處理器上，該處理器被用于第一代iPad和iPhone 4S。自那時以來，蘋果公司一直在使用FCBGA封裝技術，并不斷改進和提高其性能，直至最近推出的PC處理器M系列。近日蘋果供應商LG Innotek開始進軍FCBGA基板市場，業(yè)界推測或將為蘋果M系列芯片提供FCBGA基板，這也從側面反映出FCBGA的市場需求。蘋果所用的這項封裝技術，正迎來蓬勃發(fā)展。FCBGA技術在多領域全面開花FCBGA（Flip Chip Ball Grid Array，意為“倒裝芯片球柵陣列封裝”）是一種封裝技術，這種封裝方式將芯片倒置并連接到封裝基板上，然后使用球形焊點將封裝固定到基板上。FCBGA最早出現(xiàn)于1990年代初。1997年，Intel公司將FCBGA封裝技術首次應用于處理器，這是FCBGA技術歷史上的一個重要里程碑。
典型的倒裝芯片BGA封裝橫截面視圖（圖源：維基百科）1999年英特爾推出了第一款使用FCBGA封裝技術的芯片，即Pentium III 500處理器。在此之前，處理器的封裝方式主要為多芯片模塊（MCM），MCM將多個芯片組件集成在一個封裝中，由于連接線路復雜，MCM封裝方式存在信號互干擾、熱管理不佳等問題。相比之下，F(xiàn)CBGA封裝技術將芯片翻轉過來，將芯片背面的金屬引腳（bump）與印在封裝上的金屬球（ball）連接起來。這種封裝方式可以實現(xiàn)更高的芯片密度和更小的封裝體積，從而大大提高了集成度和系統(tǒng)性能。Pentium III 500處理器的推出標志著FCBGA技術的商業(yè)化應用，該技術成為了當時電子行業(yè)的熱點話題之一。隨著FCBGA技術逐漸得到完善，制造商不斷提高其可靠性，尤其是在焊點連接、微調整和外殼包裝方面的技術。FCBGA封裝技術的優(yōu)點主要包括：更高的密度：因為FCBGA封裝技術可以在同樣的封裝面積內安裝更多的芯片引腳，從而實現(xiàn)更高的集成度和更小的封裝尺寸。更好的散熱性能：FCBGA能允許芯片直接連接到散熱器或散熱片上，從而提高了熱量傳遞的效率。更高的可靠性和電性能：因為它可以減少芯片與基板之間的電阻和電容等因素，從而提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，也可以提高信號傳輸?shù)乃俣群蜏蚀_性。總的來說，F(xiàn)CBGA封裝技術具有高集成度、小尺寸、高性能、低功耗等優(yōu)勢，F(xiàn)CBGA適用于多種種類的芯片，其常用于CPU、微控制器和GPU等高性能芯片，還適用于網(wǎng)絡芯片、通信芯片、存儲芯片、數(shù)字信號處理器(DSP)、傳感器、音頻處理器等等。FCBGA目前是移動設備中的理想封裝技術，被廣泛應用于智能手機、平板電腦和其他移動設備中。正是這些優(yōu)勢使得FCBGA成為了現(xiàn)代半導體封裝的主流技術之一，許多大型半導體公司和電子產(chǎn)品制造商如英特爾、AMD、英偉達、高通、蘋果、三星等都在使用FCBGA技術。作為FCBGA技術的開拓者之一，F(xiàn)CBGA是英特爾公司常用的一種封裝技術，如今英特爾的酷睿和至強系列處理器、芯片組、內存芯片以及無線網(wǎng)卡這些電子組件等均采用了不同型號的FCBGA封裝技術，如酷睿i9-11900K處理器采用了FCBGA1700封裝、英特爾Z590芯片組采用了FCBGA1492封裝、Optane內存模塊采用了FCBGA1440封裝、英特爾AX210無線網(wǎng)卡采用了FCBGA946封裝。AMD的Athlon XP處理器使用了FCBGA封裝技術。值得一提的是，F(xiàn)CBGA技術還被用于3D封裝，F(xiàn)CBGA技術的高密度和高可靠性的特點使其非常適合于3D封裝中的芯片封裝。在3D封裝中，頂層芯片和底層芯片之間需要通過微細的電氣連接進行通信，這種連接稱為TSV（Through Silicon Via）。而FCBGA技術則可以在TSV的兩側分別封裝頂層芯片和底層芯片，從而實現(xiàn)它們之間的電氣連接。在Yole對先進封裝技術的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，F(xiàn)CBGA是最賺錢的細分封裝市場之一，然后是2.5D/3D封裝、FCCSP等等。作為一種重要的芯片封裝技術，F(xiàn)CBGA隨著移動設備、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展，其市場需求也在不斷增長。根據(jù)市場研究機構的數(shù)據(jù)顯示，全球FCBGA封裝技術市場在未來幾年內將繼續(xù)保持快速增長，預計到2026年市場規(guī)模將達到200億美元以上。越來越多的企業(yè)和研發(fā)機構投入到FCBGA封裝技術的研究和開發(fā)中，不斷推動著FCBGA封裝技術的革新和升級。
FCBGA市場主要有哪些玩家？FCBGA技術的發(fā)展是多個廠商的協(xié)同努力的結果，這些廠商在封裝技術、連接技術和熱管理技術等方面都做出了貢獻。接下來，我們主要來談談FCBGA市場中封裝技術和基板這兩大領域的玩家。在FCBGA封裝領域，有像英特爾、英飛凌、美光、恩智浦等IDM廠商在該領域進行了大量的研究和開發(fā)工作之外，還有如日月光、長電、Amkor等第三方技術提供商。其中日月光開發(fā)了多種FCBGA封裝技術，包括CSP（Chip Scale Package）和FPBGA（Fine-Pitch Ball Grid Array）等；Amkor也有包括FCBGA和TFBGA（Thin Fine-Pitch Ball Grid Array）等多種FCBGA封裝技術。而近幾年國內一眾CPU、GPU和其他高性能芯片領域廠商的崛起，加大了對FCBGA封裝技術的需求。因應市場需求，國內也出現(xiàn)了一些技術能力強、業(yè)務快速增長的供應商，如摩爾精英，據(jù)悉，摩爾精英的無錫SiP先進封測中心能提供DPU、HPC、CPU、GPU、高端服務器、高性能ASSP、FPGA等產(chǎn)品的Flip-Chip封裝完整解決方案，包括封裝設計、仿真、工程批和量產(chǎn)，其FCBGA產(chǎn)能可達1KK每月。除了FCBGA之外，摩爾精英還可提供SiP、QFN、WB、FCCSP等多種封裝類型，其SiP團隊擁有超過15年的封裝技術和工程經(jīng)驗，完成過國際大廠客戶的SiP開發(fā)工作，這也為中小芯片公司帶來了更多的選擇。基板也是FCBGA封裝技術的一個重要支撐，FCBGA常用的基板材料包括印制電路板（PCB）、硅基板、銅基板，至于具體使用哪種材料取決于應用的需求和成本考慮。FCBGA封裝用基板（圖源：Toppan Printing）在FCBGA封裝中，常用的載板材料是ABF（Advanced Build-up Film）載板，它是一種多層PCB。對于大多數(shù)應用來說，ABF載板是一種性價比很高的選擇，能夠滿足絕大部分的封裝需求。ABF載板的特點是它非常薄、輕和柔軟，具有良好的熱傳導性能和低介電損耗，這使得它成為FCBGA封裝技術的理想載板材料之一。在整個封裝過程中，ABF載板的質量和設計對于確保FCBGA封裝的質量和可靠性至關重要。而上述的另外兩種則相對較昂貴，硅基板可以提供高度的電氣性能和較低的信號延遲，但相對較昂貴；銅基板是一種特殊的PCB，它使用銅箔代替標準的導電材料，銅基板可以提供更好的熱傳導性能，適用于需要高功率處理的應用。全球主要的基板供應商包括日本地區(qū)的Toppan Printing、Ibiden，臺灣地區(qū)的Unimicro、Nanya，韓國的LG Innotek，及國內地區(qū)的AT&S、蘇州群策等。隨著5G和AI應用提供動力的高性能芯片的需求不斷增長，全球領先企業(yè)正在積極擴大產(chǎn)能。例如，2022年三星旗下子公司三星電機已經(jīng)花費了大約2萬億韓元用于FCBGA 的設施擴建。三星電機估計未來五年FCBGA基板市場將以每年14%的速度增長，到2026年將達到170億美元。“半導體封裝基板市場規(guī)模小于芯片代工業(yè)務，但其增長潛力要大得多 ”三星電機封裝支持團隊負責人Ahn Jung-hoon說。韓國的LG Innotek于2022年2月22日宣布，公司決定投資4130億韓元用于“倒裝芯片球柵陣列 (FCBGA)”生產(chǎn)線，這是LG Innotek首次投資FC-BGA業(yè)務。LG Innotek此前主要在5G 毫米波封裝天線 (AiP) 和射頻系統(tǒng)級封裝 (RF-SiP) 引領著通信封裝基板市場。該公司通過多年的AiP和 SiP產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗獲得了基板技術，并打算將這些技術也用于 FCBGA業(yè)務。除了商業(yè)類廠商之外，還有一大批的科學家、工程師、技術專家等，他們的不斷努力和創(chuàng)新精神，才使得FCBGA技術不斷發(fā)展和完善，將FCBGA封裝技術從最初的概念變成了如今在各種電子產(chǎn)品中廣泛應用的技術之一。結語綜上所述，F(xiàn)CBGA技術在過去幾十年中經(jīng)歷了快速發(fā)展，已經(jīng)成為了處理器、存儲器、圖形處理器等核心電子元件的主要封裝方式之一。FCBGA技術在未來還將面臨更高的性能和應用需求，特別是在5G通信、人工智能、虛擬現(xiàn)實等領域的發(fā)展中，F(xiàn)CBGA封裝技術正在扮演著越來越重要的角色。
典型的倒裝芯片BGA封裝橫截面視圖（圖源：維基百科）1999年英特爾推出了第一款使用FCBGA封裝技術的芯片，即Pentium III 500處理器。在此之前，處理器的封裝方式主要為多芯片模塊（MCM），MCM將多個芯片組件集成在一個封裝中，由于連接線路復雜，MCM封裝方式存在信號互干擾、熱管理不佳等問題。相比之下，F(xiàn)CBGA封裝技術將芯片翻轉過來，將芯片背面的金屬引腳（bump）與印在封裝上的金屬球（ball）連接起來。這種封裝方式可以實現(xiàn)更高的芯片密度和更小的封裝體積，從而大大提高了集成度和系統(tǒng)性能。Pentium III 500處理器的推出標志著FCBGA技術的商業(yè)化應用，該技術成為了當時電子行業(yè)的熱點話題之一。隨著FCBGA技術逐漸得到完善，制造商不斷提高其可靠性，尤其是在焊點連接、微調整和外殼包裝方面的技術。FCBGA封裝技術的優(yōu)點主要包括：更高的密度：因為FCBGA封裝技術可以在同樣的封裝面積內安裝更多的芯片引腳，從而實現(xiàn)更高的集成度和更小的封裝尺寸。更好的散熱性能：FCBGA能允許芯片直接連接到散熱器或散熱片上，從而提高了熱量傳遞的效率。更高的可靠性和電性能：因為它可以減少芯片與基板之間的電阻和電容等因素，從而提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，也可以提高信號傳輸?shù)乃俣群蜏蚀_性。總的來說，F(xiàn)CBGA封裝技術具有高集成度、小尺寸、高性能、低功耗等優(yōu)勢，F(xiàn)CBGA適用于多種種類的芯片，其常用于CPU、微控制器和GPU等高性能芯片，還適用于網(wǎng)絡芯片、通信芯片、存儲芯片、數(shù)字信號處理器(DSP)、傳感器、音頻處理器等等。FCBGA目前是移動設備中的理想封裝技術，被廣泛應用于智能手機、平板電腦和其他移動設備中。正是這些優(yōu)勢使得FCBGA成為了現(xiàn)代半導體封裝的主流技術之一，許多大型半導體公司和電子產(chǎn)品制造商如英特爾、AMD、英偉達、高通、蘋果、三星等都在使用FCBGA技術。作為FCBGA技術的開拓者之一，F(xiàn)CBGA是英特爾公司常用的一種封裝技術，如今英特爾的酷睿和至強系列處理器、芯片組、內存芯片以及無線網(wǎng)卡這些電子組件等均采用了不同型號的FCBGA封裝技術，如酷睿i9-11900K處理器采用了FCBGA1700封裝、英特爾Z590芯片組采用了FCBGA1492封裝、Optane內存模塊采用了FCBGA1440封裝、英特爾AX210無線網(wǎng)卡采用了FCBGA946封裝。AMD的Athlon XP處理器使用了FCBGA封裝技術。值得一提的是，F(xiàn)CBGA技術還被用于3D封裝，F(xiàn)CBGA技術的高密度和高可靠性的特點使其非常適合于3D封裝中的芯片封裝。在3D封裝中，頂層芯片和底層芯片之間需要通過微細的電氣連接進行通信，這種連接稱為TSV（Through Silicon Via）。而FCBGA技術則可以在TSV的兩側分別封裝頂層芯片和底層芯片，從而實現(xiàn)它們之間的電氣連接。在Yole對先進封裝技術的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，F(xiàn)CBGA是最賺錢的細分封裝市場之一，然后是2.5D/3D封裝、FCCSP等等。作為一種重要的芯片封裝技術，F(xiàn)CBGA隨著移動設備、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展，其市場需求也在不斷增長。根據(jù)市場研究機構的數(shù)據(jù)顯示，全球FCBGA封裝技術市場在未來幾年內將繼續(xù)保持快速增長，預計到2026年市場規(guī)模將達到200億美元以上。越來越多的企業(yè)和研發(fā)機構投入到FCBGA封裝技術的研究和開發(fā)中，不斷推動著FCBGA封裝技術的革新和升級。FCBGA市場主要有哪些玩家？FCBGA技術的發(fā)展是多個廠商的協(xié)同努力的結果，這些廠商在封裝技術、連接技術和熱管理技術等方面都做出了貢獻。接下來，我們主要來談談FCBGA市場中封裝技術和基板這兩大領域的玩家。在FCBGA封裝領域，有像英特爾、英飛凌、美光、恩智浦等IDM廠商在該領域進行了大量的研究和開發(fā)工作之外，還有如日月光、長電、Amkor等第三方技術提供商。其中日月光開發(fā)了多種FCBGA封裝技術，包括CSP（Chip Scale Package）和FPBGA（Fine-Pitch Ball Grid Array）等；Amkor也有包括FCBGA和TFBGA（Thin Fine-Pitch Ball Grid Array）等多種FCBGA封裝技術。而近幾年國內一眾CPU、GPU和其他高性能芯片領域廠商的崛起，加大了對FCBGA封裝技術的需求。因應市場需求，國內也出現(xiàn)了一些技術能力強、業(yè)務快速增長的供應商，如摩爾精英，據(jù)悉，摩爾精英的無錫SiP先進封測中心能提供DPU、HPC、CPU、GPU、高端服務器、高性能ASSP、FPGA等產(chǎn)品的Flip-Chip封裝完整解決方案，包括封裝設計、仿真、工程批和量產(chǎn)，其FCBGA產(chǎn)能可達1KK每月。除了FCBGA之外，摩爾精英還可提供SiP、QFN、WB、FCCSP等多種封裝類型，其SiP團隊擁有超過15年的封裝技術和工程經(jīng)驗，完成過國際大廠客戶的SiP開發(fā)工作，這也為中小芯片公司帶來了更多的選擇。基板也是FCBGA封裝技術的一個重要支撐，FCBGA常用的基板材料包括印制電路板（PCB）、硅基板、銅基板，至于具體使用哪種材料取決于應用的需求和成本考慮。FCBGA封裝用基板（圖源：Toppan Printing）在FCBGA封裝中，常用的載板材料是ABF（Advanced Build-up Film）載板，它是一種多層PCB。對于大多數(shù)應用來說，ABF載板是一種性價比很高的選擇，能夠滿足絕大部分的封裝需求。ABF載板的特點是它非常薄、輕和柔軟，具有良好的熱傳導性能和低介電損耗，這使得它成為FCBGA封裝技術的理想載板材料之一。在整個封裝過程中，ABF載板的質量和設計對于確保FCBGA封裝的質量和可靠性至關重要。而上述的另外兩種則相對較昂貴，硅基板可以提供高度的電氣性能和較低的信號延遲，但相對較昂貴；銅基板是一種特殊的PCB，它使用銅箔代替標準的導電材料，銅基板可以提供更好的熱傳導性能，適用于需要高功率處理的應用。全球主要的基板供應商包括日本地區(qū)的Toppan Printing、Ibiden，臺灣地區(qū)的Unimicro、Nanya，韓國的LG Innotek，及國內地區(qū)的AT&S、蘇州群策等。隨著5G和AI應用提供動力的高性能芯片的需求不斷增長，全球領先企業(yè)正在積極擴大產(chǎn)能。例如，2022年三星旗下子公司三星電機已經(jīng)花費了大約2萬億韓元用于FCBGA 的設施擴建。三星電機估計未來五年FCBGA基板市場將以每年14%的速度增長，到2026年將達到170億美元。“半導體封裝基板市場規(guī)模小于芯片代工業(yè)務，但其增長潛力要大得多 ”三星電機封裝支持團隊負責人Ahn Jung-hoon說。韓國的LG Innotek于2022年2月22日宣布，公司決定投資4130億韓元用于“倒裝芯片球柵陣列 (FCBGA)”生產(chǎn)線，這是LG Innotek首次投資FC-BGA業(yè)務。LG Innotek此前主要在5G 毫米波封裝天線 (AiP) 和射頻系統(tǒng)級封裝 (RF-SiP) 引領著通信封裝基板市場。該公司通過多年的AiP和 SiP產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗獲得了基板技術，并打算將這些技術也用于 FCBGA業(yè)務。除了商業(yè)類廠商之外，還有一大批的科學家、工程師、技術專家等，他們的不斷努力和創(chuàng)新精神，才使得FCBGA技術不斷發(fā)展和完善，將FCBGA封裝技術從最初的概念變成了如今在各種電子產(chǎn)品中廣泛應用的技術之一。結語綜上所述，F(xiàn)CBGA技術在過去幾十年中經(jīng)歷了快速發(fā)展，已經(jīng)成為了處理器、存儲器、圖形處理器等核心電子元件的主要封裝方式之一。FCBGA技術在未來還將面臨更高的性能和應用需求，特別是在5G通信、人工智能、虛擬現(xiàn)實等領域的發(fā)展中，F(xiàn)CBGA封裝技術正在扮演著越來越重要的角色。
