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先进封装技术之争 | 玻璃基赋能3D集成无源器件 (IPD)中外厂商激烈竞赛中

08/26 11:50
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玻璃基封装在无源集成上技术和市场相对成熟。2/3D集成无源器件封装成为当前玻璃基的重要市场化应用。本文为您列举了当前国内外的一些相关企业,请君一堵为快。

随着移动和手持设备的功能越来越丰富,需要容纳更多频段,并满足小尺寸要求。集成无源器件 (IPD,Integrated Passive Component)是一种越来越流行的技术,为射频解决方案提供了小尺寸和高性能优势。

IPD 由电阻器电感器电容器等无源元件组成,在系统级封装解决方案中发挥着关键作用,并用于半导体行业的许多不同功能。

移动高速连接的需求不断增长。用玻璃薄膜制成的 IPD 比用硅通孔 (TSV) 基板制成的 IPD 更受青睐。玻璃基板的高电阻率、低介电损耗、高热稳定性和可调热膨胀系数使其在无源器件制造中的应用日益广泛,已成为广泛传感器MEMS 封装应用(包括机电、热、光学、生物医学和射频设备)的高度通用基板。

如今越来越多的制造商正在使用具有高频电气特性、出色的耐热性和耐化学性以及高几何公差的玻璃通孔 (TGV) 基板整合到他们的设计中,实现更高性能和集成度的无源器件应用中,例如:射频器件、毫米波无源电路、射频天线、高性能电容、磁芯电感、高隔离度变压器等等。当前全球约有20亿美元的薄膜IPD市场,玻璃IPD将取代绝大部分市场。

玻璃基板上集成无源器件的FC-BGA 技术开发可采纳三维堆叠结构及制作方法,包括晶圆级封装芯片和玻璃基板IPD芯片,玻璃基板的背面刻蚀形成TGV孔,在玻璃基板的背面和TGV孔内表面设置背面金属布线层以实现芯片和IPD器件之间的短距离互连,提升电学质量。

本文为您整理了国内外众多基于这些无源能力的 TGV IPD 工艺平台。无论纯IPD制造商还是IDMs,无论基板厂还是OSAT,无论R&D还是协会,凭借他们对无源器件需求的深刻理解,针对不断精进的工艺制程,兼具成本、性能、可靠性和灵活性优势,在IPD工艺方案中展开激烈的竞争。

佐治亚理工学院在十几年前就实现了基于 3D 集成无源和有源元件 (3D IPAC) 的玻璃射频模块和 3D IPD,实现了优异的小型化、性能和成本。为了展示此类 RF IPD 和模块,佐治亚理工学院联合合作伙伴在裸玻璃中形成了高密度TGV通孔,使用薄膜低损耗堆积电介质在玻璃大面板上开发了基于 3D TPV 的先进电感器设计。采用 3D IPAC 方法的超小型 LTE 和 WLAN 模块,该模块双面集成了 LNA、开关滤波器。还基于此完成了 PAMiD 模块集成,并集成了热屏蔽结构,可用于 LTE FDD/TDD5G 和毫米波应用。

近几年该学校的3D系统封装研究中心率先实现了用于高 I/O 密度和高频多芯片集成的玻璃面板扇出(GFO)封装。以及突破100 μm 玻璃基板上实现了在n257 频段(26.5~29.5 GHz)的芯片嵌入毫米波天线集成模块。

玻璃基3D无源射频(RF)器件领先厂商3D Glass Solutions(简称:3DGS),可在垂直方向堆叠3-6个基底层来实现为 RF 子系统提供了显著的 SwaP-C 系统,允许 RF 设计创建高性能 IPD。在玻璃基板中嵌入电阻器、电感器和电容器等高品质无源元件,使客户能够构建滤波器、双工器耦合器等,这些器件不仅体积小,而且性能高。这些玻璃芯片可以直接安装在 PCB 上。3D 设计的 IPD 可消除寄生交叉,损耗极低。量产于5G与WiFi共存、5G GaN PA 匹配网络、LC 谐振器和5G 毫米波带通滤波器中。

3DGS最新的产品案例,在玻璃基板上进行晶圆级制造建微型三维射频结构与Spectrum Control合作开发的的标准滤波器,从500 MHz到10 GHz,未来的产品将包括mmWave滤波器和高达300 GHz的互连器。这些新的过滤器的物理尺寸只有2.6 x 5.4mm。这家公司的主要投资者来自应用材料、英特尔投资、长濑、Menlo Microsystems Inc.、康宁公司以及被中国制裁罚款上千亿还没交一分的洛克希德·马丁公司。

意法半导体的IPD通过玻璃晶圆制造技术和光刻加工制造。将高质量无源元件(电阻器、电感器、电容器)集成在采用各种设计配置的玻璃基膜高电阻率硅衬底上。通过玻璃基板上的设计可以最大限度地减少信号插入损耗,性能优于采用分立元件构建的电路。在同一芯片上集成所有元件还确保组件参数的一致性和终端产品的质量。此外,意法半导体的 IPD 有助于加快产品上市时间,降低物料清单成本,缩小电路尺寸。

日月光在玻璃基板上也在业内较早实现了面板级的IPD制作工艺。其3D电感方案,通过TGV 金属化和充填工艺进行晶圆级 IPD 工艺来完成前端结构。将射频 ASIC 模块与玻璃IPD模块集成并率先导入市场。近年来在ASE在晶圆级玻璃上的IPD专为当今最先进的 RF 通信解决方案而开发。它采用定制设计极低损耗的高 Q 值电感器,外形小巧,与 QFN、BGA/LGA、倒装芯片封装和 WLCSP 中的当前组装工艺完全兼容。还提供 AIC(IC 以上)工艺。

厦门云天半导体在国内率先开发并且拥有业内量产最大的晶圆级玻璃基板 2.5/3D IPD((滤波器、电感、电容)扇出封装平台 ,开展了高 Q 值电感、微带滤波器、天线、变压器等一系列射频器件研发,具有低成本、高性能、易于三维集成等突出优点。开发基于扇出封装的RF/毫米波芯片/AIP 解决方案,频率覆盖24GHz,40GHz,77GHz,94GHz。使用5层玻璃堆叠的实现基于玻璃基板的圆极化天线、线极化天线、耦合传输、有源信号传输等结构,在79GHz实测最大增益为7.4dBi。基于玻璃通孔的无源滤波器性能达到国际先进水平,目前已批量化出货。

森丸电子也是国内较早实现TGV通孔制备到实现产品化完整半导体工艺能力的团队,近年推出无源集成工艺平台SWHP和SWUP,SWHP基于高阻硅、玻璃衬底,开发出集成MIM电容、薄膜电阻及三层厚铜电感工艺,实现产品性能50%以上的提升。SWUP在SWHP基础上,通过TGV技术突破平面工艺性能瓶颈,产品指标大幅提升,达到国际领先水平。同时推出高精度硅基电容、3D电感、薄膜电阻等高性能、高一致性、小型化的标准器件,协同客户加速高集成度模组封装。该平台推出后市场反响强烈,不断接到客户的新产品开发和现有产品的性能升级。

苏州甫一电子科技有限公司采用半导体加工技术与电化学技术相结合,制备出基于硅、玻璃基板的薄膜 IPD器件,能提供优良的器件精度和功能密度,并与三维通孔技术相结合,能够制作各种薄膜式电阻器、电容器和电感器及互连结构,以及完成无源元件之间的传输布线。

安徽芯淮电子有限公司采用半导体加工技术与电化学技术相结合,制备出玻璃基板的薄膜 IPD 器件,能提供优良的器件精度和功能密度,并与三维通孔技术相结合,能够制作各种薄膜式电阻器、电容器和电感器及互连结构,以及完成无源元件之间的传输布线。

玻芯成是集玻璃基半导体的新晋者。公司拥有电容、电感、电阻及芯片的2.5D和多层玻璃堆叠制程。目前开发的首批可量产玻璃基IPD(集成无源器件)芯片产品主要包括微型电感变压器、点火电阻、电感芯片、发热电阻等。该司中期目标是以3D封装建立IPD平台。

晶方科技结合传感器需求及自身工艺积累,公司具有多样化的玻璃加工技术,在玻璃基集成无源器件上打通了制作微结构、光学结构、镀膜、通孔、盲孔技术,公司自主开发的玻璃基板,在玻璃基扇出晶圆级无源器件上已有多年量产经验。

京东方在玻璃晶圆级封装上大力投入,实现了TGV高密度3D互连、高精度叠层布线、激光改性湿法腐蚀、高精度MIM电容、品管螺旋电感等技术突破。随着京东方8inch中试线上转量产线,其3D IPD 压力传感器实现出货。

美迪凯也开发了TGV工艺,通过激光诱导和湿法腐蚀工艺可在在515*510mm玻璃衬底上进行通孔精细化加工。通过扇出晶圆级封装实现了在无源器件、集成天线和MEMS封装、多层玻璃基板堆叠上的应用。

合肥中科岛晶建立了玻璃微孔制作、微孔金属填充、玻璃基微结构刻蚀和喷砂加工、玻璃和硅异质异构高隔离晶圆等标准系统工艺,并成功的实现了3D电感、二极管、谐振器等器件的封装。未来,合肥中科岛晶将持续开展玻璃基微纳加工及系统封装工艺的开发,深挖玻璃基应用领域。

赛微电子掌握玻璃通孔(TGV)技术已有较长的历史。十年其瑞典Silex就顺势研发出玻璃通孔技术(TGV),用于生产高压和高频应用的低电阻器件,以更好地利用玻璃的物理特性,减小器件的电路损耗,已对公司的收入形成长期贡献。目前产线在MEMS先进封装测试研发及产线建设项目上。

长电科技、通富微电、华天科技对IPD技术也有着独到见解和多年丰富的量产经验,晶圆级无源器件制造技术达到世界领先水平,你猜他们有没有用玻璃这基?

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