日月光集团研发中心产品设计处处长王陈肇博士

 

另一方面，5G毫米波需求下，SiP封装设计同时也存在着许多挑战。日月光集团研发中心产品设计处处长王陈肇博士认为，目前毫米波SiP封装设计存在着六大挑战，包括有宽带高增益天线封装的设计、铜密度、低损耗互联与基板材料、制造过程高精度控制、散热以及低成本的基板与装配方案。首先，与2G/3G/4G移动网络相比，5G网络将在更高频段的C-Band（3.7-4.2GHz）和毫米波（24.25GHz-52.6GHz）上部署，而更高频率的信号就意味着更大的馈线损耗，传统4G手机射频前端的馈线损耗只有1dB不到，但是在毫米波频段线损在2-4dB。这也是在毫米波的应用中习惯将天线与射频前端等器件集成的原因，系统级封装技术能够使天线与各类射频元件在垂直层面上堆叠，大大缩短连接距离，也就减少了信号传输损耗。而为了与SiP封装区分开，将天线封装到射频模块中的技术也被称为天线封装（Antenna inPackage，AiP）。

 

 

更多的元件被整合到单一封装模块中，必然会造成更大的散热、材料、成本等问题。针对AiP封装，王陈肇博士表示，为了解决高频信号传输损耗、降低成本和进一步减少厚度，目前一般在毫米波应用中使用的技术是扇出型晶圆级封装（FO-WLP）工艺。WLP晶圆级封装是以球栅阵列（BGA）技术为基础，直接对晶圆进行加工，在一块晶圆上同时对多个芯片进行封装测试，切割后即可直接贴装到基板上的一种封装方法。而WLP由于不需要中介层，不需要使用基板材料，并省略了打线等步骤，因此可以大幅降低成本。另一方面，FO-WLP最终在成品中是不存在封装基板的，因为其封装方式是从裸晶端点直接将电路拉线到重布线层（RDL），这可以降低成本，并使得封装厚度能够大大降低，提升I/O密度。同时，RDL层可以缩短电路互联的距离长度，这对于高频信号传输损耗的降低起到关键作用。

 

 

事实上，扇出型封装工艺早在2009年，英特尔就首先在手机基带芯片上使用到FO-WLP工艺，不过当时该技术并未能大规模普及。而这项技术的最大推动者，还是苹果。2016年苹果首次在iPhone7的A10处理器上采用了FO-WLP工艺，在此之后，设备商Veeco，封装测试供应商星科金朋、Amkor、日月光，晶圆代工厂Global Foundries等都加大了FO-WLP的产品、技术布局。

 

根据市场研究机构Yole Developpement的数据显示，2016-2017全球FO-WLP市场复合年增长率将近90%，2018达到了14亿美元的规模。据预测，随着5G的推进，全球FO-WLP市场规模有望在2022年超过23亿美元，2019-2022年间的复合年增长率将接近20%。

 

尽管，目前在国内的5G建设仍以sub-6频段为主，不过从目前公布的消息来看，中国移动已完成了5G毫米波关键技术验证，将计划在2020年实现5G毫米波商用部署。于此同时，在2019深圳国际电子展上，某国内天线模组厂商的技术人员也告诉记者，他们也已经有毫米波天线模组产品的样品，将会在2020年中正式将产品推出市场。因此，毫米波的需求大门在2020年正式打开，AiP与FO-WLP市场将会迎来新一轮增长。