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首先得明白晶圆级封装和芯片级封装的区别。这两个概念还是比较容易区分,网上资料也有不少。笔者摘抄了国内外的一些研究报告和论文的内容供大家了解。当然笔者不是专业电子行业出身,而且关于WLP和CSP有很多的不同点,这里都不一一叙述了。笔者只关注自认为最不同的点。
先大致介绍一下CSP和WLP封装的区别。
芯片级封装(Chip Scale Package):又名CSP封装。CSP封装是最新一代的内存芯片封装技术,其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,已经相当接近1:1的理想情况,绝对尺寸也仅有32平方毫米,约为普通的BGA的1/3,仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比,同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。下图为CSP封装后的样子。可以明显地看出,CSP封装的封装面积要略微大于芯片面积。且需要用到接线(bond wires)或中间层(interposer)连接。
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晶圆级封装(Wafer Level Packaging):又名WLP或者WLCSP封装,是一种更先进的CSP封装方式。晶圆级封装(WLP,Wafer Level Package) 的一般定义为直接在晶圆上进行大多数或是全部的封装测试程序,之后再进行切割(singulation)制成单颗组件。而重新分配(redistribution)与凸块(bumping)技术为其I/O绕线的一般选择。WLP封装具有较小封装尺寸(CSP)与较佳电性表现的优势,目前多用于低脚数消费性IC的封装应用(轻薄短小)。大致意思就是先封装在切割。WLP最大的优点是可以使封装面积等于芯片面积。
简单地说,WLP大致的制作方法就是在RDL(single residtribution layer)上进行植球(BGA技术)。然后把球焊在PCB板上。具体的操作工艺如下图,这里不详细解释。
最后大致的样子如下图:
通过上图可以看到,植球的面积不会超过芯片本身的面积,且不采用CSP的键合技术。通过WLP技术进行封装的话,封装面积与芯片面积比可以做到1:1。这也是目前最理想的封装方式。
下图很直观地展示了CSP封装和WLP封装在尺寸上的区别:
总结:WLP封装相比于CSP封装最大的优势在于WLP封装的封装面积小于CSP封装的封装面积。
大致了解完WLP和CSP封装的区别后,接下来来了解晶圆级封装SAW滤波器与芯片级封装SAW滤波器的区别。首先要说明几点:
1.虽然说在5G时代BAW更适用于高频段滤波且BAW的产量增速会远远高于SAW的产量增速,但是目前SAW的市场占有率仍超过70%且在未来几年内还将占据主导地位。目前除了Broadcom和Qorvo外,别的公司生产的BAW滤波器性能上还是差点意思,性能没有那么稳定。而且BAW的生产研发成本远高于SAW的成本,并且BAW的高成本在未来几年内不容易下降,SAW在中低频段还是有非常明显的价格优势。
2.滤波器封装不同于模组封装。比如国内的上市公司长电科技,华天科技等封测公司也能进行WLP封装,但是他们的WLP封装针对的是模组(module)的封装而非滤波器的WLP封装。目前全球仅有6家公司能进行晶圆级滤波器封装,分别是Broadcom, TDK, Qorvo, Skyworks, Murata 和NDK。3家美国公司,3家日本公司。
3.解晶圆级封装SAW滤波器与芯片级封装SAW滤波器区别的目的在于,该SAW滤波器是否能做进模组。模组对滤波器的尺寸有着非常严格的限定,且在射频前端器件里,滤波器的尺寸是最难以缩小的。另外,上述提到的6家公司只向中国出售相应的滤波器模组而非滤波器分立器。那有人就会问:那直接买模组不就好了么为什么还要去研究怎么缩小滤波器尺寸?你就想一想台积电现在给不给华为供货,再去了解下射频前端和滤波器的重要性就知道了。
那到底晶圆级封装SAW滤波器与芯片级封装SAW滤波器有什么区别呢?
1.从SAW滤波器的性能上说,包括插入损耗,宽带抑制,温漂,没有非常大的区别。就是说晶圆级封装的SAW滤波器能跟芯片级封装的SAW滤波器性能差不多。那有人就问了,既然性能差不多那为啥晶圆级SAW滤波器就更好了呢?请看第二点。
2.晶圆级封装SAW滤波器尺寸明显小于芯片级封装SAW滤波器。现在主流的CSP SAW filter的尺寸为1411和1109。国内的无锡好达作为国内最先进的滤波器生产厂商,有生产CSP倒装产品封装的生产线,最小可生产0907的SAW滤波器。
而基于WLP封装的SAW滤波器尺寸远小于CSP SAW filter。重点来了,WLP SAW filter的尺寸主要是减小在厚度上。换句话说,WLP最优势的地方在于能降低滤波器的厚度。
下图为TDK的SAW滤波器尺寸:
下图为无锡好达SAW滤波器尺寸:
下图为Murata SAW滤波器尺寸:
通过比较发现,通过WLP封装的SAW滤波器(TDK)在厚度上(0.4mm)小于CSP封装的SAW滤波器(无锡好达和Murata)的厚度(0.65mm/0.5mm)。
通过翻阅国外的一些专利和研究报告发现,通过WLP技术可以不仅在高度上而且在长宽上缩小滤波器的尺寸:
日本的设计师可以制造出0.93mmX0.92mmX0.4mm的WLP SAW filter。(发布于2009 IEEE International Ultrasonics Symposium,网页链接)
德清华莹的设计师可以制造出0.8mmX0.6mmX0.4mm的WLP SAW filter。(网页链接)
韩国的设计师可以制造除1mmx0.8mmx0.25mm的WLP SAW filter。(网页链接)
那为何需要用尺寸更小的SAW滤波器呢?因为现在市面上传统的CSP SAW filter已经不能满足需求,受限RF前端模组的体积要求,其总厚度不能大于0.6mm。而SAW滤波器的厚度必须小于0.4mm。而CSP封装目前无法使滤波器厚度下降至0.4mm。根据Qorvo发布的“RF Filter Technologies for Dummies”, WLP的封装尺寸相比于CSP能减小50%,厚度能缩小0.13mm。(网页链接)
所以WLP SAW filter能凭借小尺寸更好的用于RF 模组内而CSP SAW filter目前因为厚度原因还不能用于RF 模组内。
3.成本和售价:这个信息网上没有很多公开地披露,但根据笔者了解得知,某些公司的晶圆级封装SAW滤波器可以跟SAW巨头公司的CSP SAW滤波器卖一个价格。也就是说买家可以以相同价格买到尺寸更小的,适用于SAW滤波器,这谁不愿意呢?
4.晶圆级滤波器封装相对于芯片级滤波器封装还有几个好处:
设计灵活性:更小的占地面积为设计师提供更广的WLP组件的即插即用布局无线设备配置范围。优越的性能:模具周围的密封空气腔为高频操作提供了必要的间隙,以及结构支撑和机械保护。另外,WLP能降低功耗和扩展电池寿命。
信息来源:东方财富
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