北美智權報第299期：扇出型封裝正變得無處不在

扇出型封裝(Fan-out Panel Level Packaging, FOPLP) 因為能夠提供具有更高I/O密度的更大晶片，大幅減少系統的尺寸，正成為應對異構整合挑戰的不二之選；.   299期 2021年12月22日   北美智權官網 歷期智權報   訂閱北美智權報     扇出型封裝正變得無處不在 李延／愛集微 集微諮詢（JWinsights）認為： 扇出型封裝(Fan-outPanelLevelPackaging,FOPLP)因為能夠提供具有更高I/O密度的更大晶片，大幅減少系統的尺寸，正成為應對異構整合挑戰的不二之選； 當FOPLP技術進一步成熟，有越來越多類型的廠商參與進來的時候，扇出型封裝可能會迎來全面的爆發。

由於摩爾定律在7nm以下已經難以維持以前的速度，後端封裝技術對於滿足對低延遲、更高頻寬和具有成本效益的半導體晶片的需求變得越來越重要。

而扇出型封裝因為能夠提供具有更高I/O密度的更大晶片，大幅減少系統的尺寸，正成為應對異構整合挑戰的不二之選。

扇出型封裝的興起 扇出（Fan-Out）的概念是相對於扇入（Fan-In）而言的，兩者都遵循類似的工藝流程。

當晶片被加工切割完畢之後，會放置在基於環氧樹脂模制化合物的晶圓上，這被稱為重構晶圓。

然後，在模制化合物上形成再分佈層（RedistributionLayer，RDL）。

RDL是金屬銅連接走線，將封裝各個部分進行電氣連接。

最後，重構晶圓上的單個封裝就會被切割。

兩者最大的差異就來自於RDL佈線。

在扇入型封裝中，RDL向內佈線，而在扇出型封裝中，RDL既可向內又可向外佈線。

其結果就是，扇入型封裝最大只能容許約200個I/O，而扇出型封裝可以實現更多的I/O。

圖1.　扇出型封裝和扇入型封裝 最早的扇出型封裝是英飛淩在2004年提出的，被稱為扇出型晶圓級封裝（Fan-OutWaferLevelPackaging,FOWLP），在2009年開始進行商業化量產。

但是，FOWLP只被應用在手機基頻晶片上，很快就達到了市場飽和。

直到2016年，台積電在FOWLP基礎上開發了整合扇出型（IntegratedFan-Out,InFO）封裝，用於蘋果iPhone7系列手機的A10應用處理器。

兩者的強強聯手終於將扇出型封裝帶向了新高度。

圖2.2020-2026年扇出型封裝市場發展預期 圖片來源：Yole 如今的扇出型封裝正處在高速增長期中。

根據Yole最新的報告，扇出型封裝市場正經歷強勢增長，2020-2026年間的整體CAGR將達15.1%，市場規模在2026年底將增至34.25億美元。

其中，移動與消費領域為16.13億美元，電信與基礎設施領域為15.97億美元，汽車與出行領域為2.16億美元。

花開兩支 扇出型封裝有兩大技術分支：晶圓級扇出型(Fan-outWaferLevelPackaging，FOWLP)和面板級扇出型技術(Fan-outPanelLevelPackaging,FOPLP)。

FOPLP技術的雛形是嵌入基板式的封裝，將一些無源器件或功率器件嵌入在基板裡面進行RDL互連，形成一個小型化的解決方案。

相比FOWLP，FOPLP的封裝尺寸更大，成本更低，很快就成為封裝領域的研發熱點。

FOWLP擅長於CPU、GPU、FPGA等大型晶片，FOPLP則以APE、PMIC、功率器件等為主。

FOPLP採用了如24×18吋（610×457mm）的PCB載板，其面積大約是300mm矽晶圓的4倍，因而可以簡單的視為在一次制程下，就可以量產出4倍於300mm矽晶圓的先進封裝產品。

圖3.FOWLP與FOPLP在尺寸上的差距 FOWLP的發展主要由台積電將InFO提供給IOS生態所推動，現在也有越來越多的頂級手機OEM廠商將採用HDFO（High-DensityFanOut：高密度扇出）設計。

不過，FOWLP仍然是一項利基技術，目前只有台積電、三星、ASE等不多的參與者。

因其競爭者的扇入式WLCSP和FCCSP仍保有低成本、高可靠性等優勢，核心FOWLP成長也不會特別快速。

5GmmWave的採用可能有助於增加FOWLP的數量，特別是對於OSAT細分市場（RF細分市場）。

隨著越來越多的手機OEM廠商希望為應用處理器採用HDFO平臺，FOWLP資本支出預計將增長。

FOWLP市場還具有較大的不確定性，需要新的整合解決方案和高性能扇出型封裝解決方案。

但是，該市場具有很大的市場潛力。

主流的封裝廠和台積電都已經擁有自己的FOWLP技術，只是命名各有不同。

圖4.有能力提供FOWLP技術的公司 資料來源：TechSearchInternational FOPLP可被認為是一種從晶圓和條帶級向更大尺寸面板級轉換的方案。

和FOWLP技術相同，FOPLP技術可以將封裝前後段制程整合進行，可以將其視為一次的封裝制程。

由於其潛在的成本效益和更高的製造效率，吸引了市場的廣泛關注。

加之面板的大尺寸和更高的載具使用率（95％），還帶來了遠高於FOWLP的規模經濟效益，並且能夠實現大型封裝的批量生產。

由於FOWLP的成功和市場認識，使FOPLP吸引了更多關注，包括許多不同商業模式的廠商，例如外包半導體組裝和測試廠商、IDM、代工廠、基板製造商和平板顯示（FPD）廠商。

它們都力爭通過FOPLP技術涉足先進封裝業務。

FOPLP有兩條技術路線，一是像三星電機為三星公司的AP處理器採用該技術，這需要非常強有力的客戶來做支撐；二是原來做QFN的MOSFET等產品，用基板類的技術路徑來實現面板級封裝，這條路線更適合普通的廠商。

圖5.2020-2026年FOPLP與FOWLP的增長預測 資料來源：Yole 根據Yole的報告，FOWLP仍為扇出型封裝的絕對主流，2020年的市占率達到了97%。

不過FOPLP也將穩步成長，市占率將從2020年的3%提升到2026年的7%。

無論是FOWLP還是FOPLP，扇出型封裝中異質整合了各類晶片，如何將其合理佈置到PCB上並實現高效的電氣連接，如何形成高膜厚均勻性且高解析度的RDL，都是需要面對的關鍵挑戰。

各路廠商競相佈局 目前台積電是FOWLP市場的領先者，主要得益於inFO封裝成功運用在iPhone的APE中，並在2016年產生了一個新的細分市場：HDFO（高密度扇出型封裝）。

InFO-oS技術現已用於小批量製造中的HPC，還為伺服器開發了InFO-MS（基板上的記憶體），也為5G開發了InFO-AiP。

同時兼具晶圓代工和高端封裝兩種身份，讓台積電會繼續創造獨特的價值。

目前，台積電在該領域所佔市場份額為66.9%。

而台積電、日月光半導體、江蘇長電科技和安靠科技所占市場份額總計達95%。

中國大陸地區封裝廠也在積極佈局扇出型封裝，並開發出了具有特色的新工藝，比如長電先進開發的ECP工藝，採用包覆塑封膜替代了液態或者粉體塑封料；華天開則發出eSiFO技術，由於採用vialastTSV方式，可以實現高密度三維互連。

在FOPLP方面，三星電機是絕對的引領者。

當初，三星電機正是通過發明這種技術來與台積電的inFO相抗衡。

三星集團在設計、記憶體、邏輯、封裝、晶片組裝和最終產品方面發揮了重要作用，因此可以在其內部推動扇出型封裝的突破。

作為三星集團的一部分，三星電機要貢獻差異化但成本低廉的技術。

在2018年，三星電機通過為三星GalaxyWatch推出具有扇出型嵌入式面板級封裝（ePLP）PoP技術的APE-PMIC設備，實現了新的里程碑。

三星電機將繼續為具有成本效益的高密度扇出封裝進行創新，以便再次與台積電競爭蘋果的封裝和前端業務。

另一方面，日月光也推出面板級扇出型（PanelFO）封裝，2019年底產線建置完成，於2020下半年量產，應用在射頻、射頻前端模組、以及電原始伺服器中。

除了三星電機之外，J-DEVICES、FUJIKURA、日月光半導體、DecaTechnologies、矽品科技等封裝廠也在積極投入FOPLP制程中。

在中國大陸地區，合肥矽邁、中科四合、重慶矽磐微等廠商也都實現了批量出貨。

目前看來，FOWLP和FOPLP都有各自的發展路徑。

不過，FOPLP的發展給了封裝廠，乃至基板製造商和平面顯示器（FPD）廠商在扇出封裝領域同晶圓代工廠一較高下的資本。

集微諮詢　（JWinsights）認為，當FOPLP技術進一步成熟，有越來越多類型的廠商參與進來的時候，扇出型封裝才會迎來全面的爆發。

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