【導讀】預計到2020年，5G應用支持的頻段數(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)絡合計支持的頻段將達到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)務板塊，2016~2022年期間其復合年增長率將達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年手機射頻前端模塊和組件市場
數(shù)據(jù)來源：《手機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，低端只占全球供應量的1%到3%！
從全球范圍來看，SAW濾波器的主要供應商包括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計企業(yè)，尤其是在PA領域取得突破的設計公司正在積極布局濾波器領域。
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，芯片設計和流片相對簡單，設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封裝方法進化圖
為使SAW小型化發(fā)展通常采取三種措施：
1）優(yōu)化設計器件用芯片，設法使其做得更??；
2）改進器件的封裝形式，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)在高端器件上的應用比較多，尤其在日本應用非常廣泛，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！
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)境及人體的保護極為不利，且回流焊凸點通過刻蝕形成，工藝復雜，成本高，回流焊凸點的電阻率達22μΩ/cm。
另外，因為很多芯片本身具有特殊的結(jié)構(gòu)和感應材料，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、有機材料感光光學類、通訊類、醫(yī)療類等。而金凸點比回流焊凸點的導電、導熱性能比回流倒裝高10倍，金為較軟金屬，當前業(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)的應用領域
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)務進展。
王建國：目前捷研芯已服務業(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可靠性實驗標準進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？
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)能擴充計劃，根據(jù)市場需求，將隨時啟動擴產(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、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和產(chǎn)品方案。
作者： 麥姆斯咨詢殷飛
