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5G和IoT將推動射頻濾波器產(chǎn)業(yè)大爆發(fā),國內(nèi)首條SAW濾波器封裝代工線建成

發(fā)布時間:2018-10-30 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】預(yù)計到2020年,5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實現(xiàn)翻番,新增50個以上通信頻段,全球2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)合計支持的頻段將達(dá)到91個以上,這將推動射頻(RF)濾波器產(chǎn)業(yè)大爆發(fā)。麥姆斯咨詢近日探訪了蘇州捷研芯位于東景工業(yè)坊的國內(nèi)首條SAW濾波器封裝代工產(chǎn)線,并對捷研芯副總經(jīng)理王建國進(jìn)行了簡短訪談。
 
 
無線通信頻段增加帶動濾波器市場快速增長,考慮物聯(lián)網(wǎng)接入、其他新的近場連接方式,濾波器需求還將增大。濾波器在射頻前端芯片中的應(yīng)用范圍十分廣泛,雙工器(Duplexer)和多工器(Multiplexer)內(nèi)部的核心器件也是聲表面波濾波器(SAW)和體聲波濾波器(BAW),隨著移動通信模式和頻段的增加,數(shù)量增長最快的射頻前端器件便是濾波器。據(jù)麥姆斯咨詢報道,濾波器已成為射頻前端市場中最大的業(yè)務(wù)板塊,2016~2022年期間其復(fù)合年增長率將達(dá)21%,市場規(guī)模將從2016年的52億美元增長至2022年的163億美元。
 
2016~2022年手機(jī)射頻前端模塊和組件市場
數(shù)據(jù)來源:《手機(jī)射頻前端模塊和組件-2017版》
 
市場格局:RF濾波器市場被日本和歐美壟斷,高端國產(chǎn)化率幾近為零,低端只占全球供應(yīng)量的1%到3%!
 
從全球范圍來看,SAW濾波器的主要供應(yīng)商包括TDK-EPCOS、Murata(村田)和太陽誘電,三者合計占據(jù)了全球82%的市場份額。BAW濾波器的主要供應(yīng)商包括Avago及Qorvo(Triquint),兩者占據(jù)了全球95%以上的市場份額。
 
 
產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀:國外技術(shù)壟斷,國內(nèi)剛剛起步
 
美國廠商Avago、Qorvo、Skyworks和日本廠商TDK、村田、太陽誘電為主要廠商。其中美國廠商多具備提供前端模塊解決方案和提供BAW濾波器的能力,日本廠商以SAW濾波器為主,日本富士通、三洋電器、豐田等少數(shù)幾家掌握壓電基片生產(chǎn)技術(shù)的制造商壟斷了世界SAW濾波器市場。2020年國內(nèi)濾波器市場有望超200億元,但目前相關(guān)廠商有所缺失,具備技術(shù)的主要是科研院所和目前一些供貨量尚不大的IDM廠商,國內(nèi)幾家A股上市公司和大型設(shè)計企業(yè),尤其是在PA領(lǐng)域取得突破的設(shè)計公司正在積極布局濾波器領(lǐng)域。
 
SAW濾波器的微型化、高可靠、低成本和集成化是大勢所趨,對SAW濾波器而言,芯片設(shè)計和流片相對簡單,設(shè)計和流片費用相比傳統(tǒng)的IC芯片要便宜得的多,但是需要一個長期的積累過程。由于其空腔結(jié)構(gòu)形成于封裝階段,濾波器的性能和可靠性更多的依賴于封裝技術(shù)。
 
封裝技術(shù)趨勢:小型片式化發(fā)展(CSP)
 
SAW器件封裝要求:(1)器件有源表面必須有一定空間;(2)襯底和封裝材料必須有良好的熱匹配;(3)防止?jié)駳饨撕臀⒘U次?。先后?jīng)歷過氣密金屬封裝、塑料封裝、陶瓷封裝、陶瓷倒裝焊、芯片尺寸級聲表封裝CSSP等幾個階段,針對不同的客戶需求和應(yīng)用場景這些封裝方案依然共存,但是器件的小型化是大勢所趨。
 
SAW封裝方法進(jìn)化圖
 
為使SAW小型化發(fā)展通常采取三種措施:
 
1)優(yōu)化設(shè)計器件用芯片,設(shè)法使其做得更??;
 
2)改進(jìn)器件的封裝形式,現(xiàn)在已經(jīng)由傳統(tǒng)的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬封裝或LCCC(無引線陶瓷芯片載體)表面貼裝的形式,采用體積更小的CSP封裝形式,目前封裝尺寸已做到1.1mm x 0.9mm;
 
3)將不同功能的SAW濾波器封裝在一起,構(gòu)成組合型器件以減小占用PCB的面積。
 
小型片式化發(fā)展
 
捷研芯小型化RF濾波器封裝技術(shù):金球倒裝真空覆膜成腔技術(shù)
 
金球倒裝技術(shù)在高端器件上的應(yīng)用比較多,尤其在日本應(yīng)用非常廣泛,蘇州捷研芯納米科技有限公司(以下簡稱捷研芯)經(jīng)過兩年多的技術(shù)研發(fā)、積累和布局,于2018年5月建成了我國第一條專業(yè)的金球倒裝RF濾波器代工線,率先推出批量代工業(yè)務(wù)!
 
芯片倒裝互連技術(shù)是在芯片焊盤上作凸點,然后將芯片倒扣于基板進(jìn)行凸點與基板間的連接,凸點連接比引線鍵合連線短,傳輸速度高,其可靠性提高30~50倍,當(dāng)前的回流焊倒裝可靠性比較高,而且凸點數(shù)量多,采用Sn/Pb焊料,對環(huán)境及人體的保護(hù)極為不利,且回流焊凸點通過刻蝕形成,工藝復(fù)雜,成本高,回流焊凸點的電阻率達(dá)22μΩ/cm。
 
另外,因為很多芯片本身具有特殊的結(jié)構(gòu)和感應(yīng)材料,限制了很多芯片采用這種互聯(lián)方式,比如MEMS傳感器、生物檢測芯片、有機(jī)材料感光光學(xué)類、通訊類、醫(yī)療類等。而金凸點比回流焊凸點的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能比回流倒裝高10倍,金為較軟金屬,當(dāng)前業(yè)界已開始采用熱壓超聲倒裝鍵合完成金凸點互連,應(yīng)用于I/O數(shù)量較少的芯片封裝,其金球倒裝工藝簡單、成本低、綠色環(huán)保,已顯示出獨特的技術(shù)優(yōu)勢和前景。
 
金球倒裝技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
 
以SAW濾波器為例,金球倒裝真空覆膜成腔技術(shù)具有低成本、高性能、微型化和高效率特點,約70%的SAW產(chǎn)品采用金球倒裝技術(shù)。
 
工藝流程
 
芯片邊緣留給封裝的空間只有200μm,UBM直徑90μm,芯片厚度150~200μm,整體封裝厚度<550μm。由于是非氣密封裝芯片上需鍍有一層薄的無機(jī)鈍化層,以防止鋁結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕。
 
 
麥姆斯咨詢近日探訪了蘇州捷研芯位于東景工業(yè)坊的國內(nèi)首條SAW濾波器封裝代工產(chǎn)線,并對捷研芯副總經(jīng)理王建國進(jìn)行了簡短訪談:
 
麥姆斯咨詢:王總,您好!請簡單介紹一下目前捷研芯在SAW濾波器封裝方面的技術(shù)成熟度和主要業(yè)務(wù)進(jìn)展。
 
王建國:目前捷研芯已服務(wù)業(yè)內(nèi)客戶近10家,封裝的工藝技術(shù)不僅經(jīng)過了樣品的檢驗,且完成了多批小量產(chǎn),主要工藝過程能力CPK均大于1.33;按JEDEC可靠性實驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了濕氣敏感性測試、高低溫沖擊、雙85老化實驗、高溫保存壽命實驗等,實驗結(jié)果優(yōu)異,滿足可靠性要求。另外,捷研芯在封裝成本降低方面也做了諸多的研發(fā)和驗證。
 
CSP小型化SAW產(chǎn)品示例
 
封裝過程數(shù)據(jù)分析
 
可靠性實驗
 
麥姆斯咨詢:捷研芯目前的產(chǎn)能狀況及未來的產(chǎn)能計劃是怎樣的?除了SAW濾波器封裝線以外,捷研芯3000余平的東景工業(yè)坊工廠還主要做哪些封裝代工業(yè)務(wù)?
 
王建國:基于目前的市場情況,捷研芯首條SAW濾波器代工線產(chǎn)能是5KK/月,打樣產(chǎn)能充足。我們已經(jīng)在做規(guī)模化的產(chǎn)能擴(kuò)充計劃,根據(jù)市場需求,將隨時啟動擴(kuò)產(chǎn)。
 
捷研芯MEMS和傳感器封裝能力
 
- OEM+ODM方案開發(fā)滿足新型MEMS傳感器的多樣化的封裝要求;
 
- 擁有BT基板封裝、帶腔體封裝、高壓塑封、低應(yīng)力封裝、陶瓷封裝、3D微組裝、金球倒裝互聯(lián)等封裝技術(shù);
 
- RF聲表濾波器、硅麥克風(fēng)、MEMS噴墨頭、氣體類傳感器、壓力、磁傳感器和紅外光源已批量生產(chǎn)。
 
 
捷研芯系統(tǒng)集成微模塊封裝能力
 
- SMT+WB+Flip chip+Molding工藝和微組裝工藝綜合應(yīng)用;
 
- 可集成包括MEMS、AISC、IC和無源器件等的高密度工業(yè)級塑封器件;
 
- 集成MEMS傳感器、集成電源模塊、低功耗控制模塊、RF射頻前端已具批量生產(chǎn)能力。
 
 
麥姆斯咨詢:相比國內(nèi)大型的OSAT封測代工廠,貴司服務(wù)模式有什么差異化優(yōu)勢?
 
王建國:捷研芯始終專注于MEMS傳感器和系統(tǒng)集成微模塊的封裝、系統(tǒng)集成、邊緣計算和組網(wǎng)技術(shù),OEM+ODM相結(jié)合,在人工智能結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)的大背景下,以“微納傳感器”為核,“異質(zhì)異構(gòu)封裝”為殼,“軟件算法”為智,不僅滿足客戶的封裝需求,而且拓展并陸續(xù)推出了模塊化、系統(tǒng)化和智能化的系列服務(wù)和產(chǎn)品方案。
 
 
作者: 麥姆斯咨詢殷飛
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