一、FanOut技术概述
1.1 什么是FanOut封装
FanOut封装,说白了就是把芯片的I/O引脚往外"扇出"的一种技术。
我刚开始接触这个名词时,也觉得有点绕。其实你想想看,传统封装里,芯片的焊盘是直接做在芯片表面的。但FanOut不一样——它先把芯片埋进一层塑封料里,然后在塑封料表面重新布线,把引脚引到芯片外围更大的区域。
这样做的好处很明显:引脚间距可以做得更宽,数量可以做得更多。我见过一个项目,芯片本身只有5mm×5mm,但通过FanOut技术,最终封装体做到了12mm×12mm,引脚数从原来的100多个直接翻到了400多个。
核心定义:FanOut封装是一种将芯片嵌入塑封料中,通过重新分布层(RDL)将I/O引脚扇出到芯片外围区域的先进封装技术。
1.2 发展历程
FanOut技术不是一天建成的。我记得最早可以追溯到2000年代初,当时主要是为了应对移动设备对轻薄短小的需求。
- 2007-2010年:Infineon率先提出eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)概念。说实话,那时候技术还不成熟,良率低得让人头疼。
- 2011-2015年:台积电、日月光等大厂开始量产。我2013年参与过一个手机芯片项目,用的就是第一代FanOut,当时RDL层数只有2层,但已经比传统BGA薄了40%。
- 2016-2020年:FanOut进入爆发期。苹果A10处理器开始采用InFO(集成扇出)技术,这直接推动了整个产业链的成熟。
- 2021年至今:FanOut已经发展到可以支持5G、AI、HPC等高端应用。我记得去年有个客户要做一颗7nm的AI芯片,传统封装根本塞不下那么多引脚,最后只能用FanOut。
我个人习惯:看一个封装技术是否成熟,就看它能不能过"手机跌落测试"。FanOut在2015年前后终于过了这一关,从那以后我才敢放心推荐给客户。
1.3 与传统封装的对比
很多工程师会问:FanOut和WLCSP、BGA到底有什么区别?我直接给你列个表,一目了然。
| 对比项 | FanOut | WLCSP | BGA |
|---|---|---|---|
| 引脚扇出 | 支持(可扩展到芯片外) | 不支持(引脚在芯片内) | 支持(但需要基板) |
| 封装厚度 | 极薄(<0.5mm) | 薄(<0.3mm) | 较厚(>1.0mm) |
| 引脚密度 | 高(可达1000+) | 低(受芯片面积限制) | 中(受基板限制) |
| 散热性能 | 良好(可加散热片) | 一般 | 良好 |
| 成本 | 中等偏高 | 低 | 中等 |
| 典型应用 | 手机AP、AI芯片、RF模组 | 电源管理、传感器 | CPU、GPU、FPGA |
嗯,这里要注意一点:WLCSP虽然便宜,但它的引脚数受芯片面积限制。我遇到过好几次,客户想把WLCSP用在多引脚芯片上,结果芯片面积不够,焊盘间距做不进去。这时候FanOut就是唯一的出路。
至于BGA,它需要基板,厚度和成本都上去了。FanOut省掉了基板,直接把RDL做在塑封料上,所以更薄、更轻。但代价是工艺更复杂,良率控制更难。
我曾经踩过一个坑:有个项目为了省钱,硬要用WLCSP替代FanOut。结果芯片面积不够,焊盘间距只能做到0.3mm,SMT良率直接掉到85%。后来改成FanOut,间距放宽到0.5mm,良率回到了99%以上。所以该用FanOut的时候千万别省。
1.4 日月光在FanOut领域的地位
说到FanOut,日月光绝对是绕不开的名字。我2010年刚入行时,日月光就已经在布局FanOut了。
目前日月光在FanOut领域有两大王牌技术:
- FOWLP(扇出型晶圆级封装):这是最成熟的方案,适合单芯片封装。我2015年做的一个射频前端模组,用的就是日月光的FOWLP,良率稳定在97%以上。
- FOPLP(扇出型面板级封装):这是近几年的新方向,用方形面板代替圆形晶圆,成本更低。日月光在这块投入很大,我记得2020年他们建了一条专门的FOPLP产线。
从市场份额来看,日月光长期占据全球FanOut封装的前三甲。2023年的数据显示,日月光在FanOut领域的市占率约为18%,仅次于台积电和三星。但日月光有个独特优势——封装种类最全,从低端到高端,从单芯片到多芯片,他们都能做。
我个人看法:如果你要做FanOut封装,日月光是个很稳妥的选择。他们的工艺成熟度、良率控制、技术支持都相当到位。我合作过的几个大项目,只要选日月光,基本没出过大问题。
当然,台积电的InFO在高端市场(比如苹果)确实更强,但日月光在中低端市场、以及多品种小批量的场景下,性价比更高。你想想看,不是每个公司都能像苹果那样一年出货几亿颗芯片的,对吧?
避坑指南:我曾经建议一个客户,如果芯片引脚数超过300个,或者对厚度有严格要求(<0.5mm),直接找日月光做FanOut。如果引脚数少、成本敏感,那就用WLCSP。这个原则到现在都没变过。