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[原创] 是时候重视汽车芯片封装了!

半导体行业观察 ·2018-05-14 08:57·半导体行业观察
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来源:本文由公众号 半导体行业观察(ID:icbank)翻译自semiengineering,谢谢。


随着汽车芯片的复杂性不断增加,封装的复杂性也随之增加。事实上,封装对于芯片的性能和可靠性正变得越来越重要,这二者都需要满足严格的安全标准,才能在汽车中使用。

在一切对安全至关重要的应用场合都是如此,但对于汽车行业而言,有几个重要原因可以解释为什么封装会如此引人注目:

• 性能和低功耗。 选择先进封装可以避免数据流的瓶颈,加快关键系统的响应时间,特别是可以避免自动和驾驶辅助车辆的事故。

• 再利用和上市时间。 标准化封装(如chiplets)可显着缩短将汽车芯片和功能推向市场所需的时间。汽车OEM厂商一直在努力将芯片设计的上市时间从七年缩短到一至两年。

• 保护。 恶劣的环境条件和几乎无休无止的振动、电磁干扰和极端温度的侵袭使得封装对于保护芯片至关重要。

这对于外包半导体组装测试(OSAT)封装公司而言是个好消息,这些封装公司正在为这个市场生产大量的封装选择。包括多种扇出型晶圆级封装、嵌入式晶圆级球栅阵列、封装体叠层和系统级封装。


IC Insights估计,从这个角度看,汽车去年占据了半导体主要终端市场的9%。这是一个非常重要的市场,而且正在迅速发展。大部分生产的芯片最终仍用于通信或计算机领域,但几年前的汽车芯片市场只占整个芯片市场的一小部分。它正在迅速增长,销往这个市场的芯片的价格也在迅速增长。

在过去,汽车芯片市场都是关于驱动器和低端微控制器。目前,针对汽车的先进设计已经达到了10/7nm,并计划推向更低节点制造工艺

STATS ChipPAC母公司JCET技术战略集团副主管Edward Fontanilla表示:“到目前为止,这是一个巨大的市场。2017年汽车OEM的市场总额为1360亿美元,复合年增长率为13.4%,2022年达到1700亿美元。”

据Fontanilla称,仅进入高级驾驶辅助系统(ADAS)和其他车辆应用的芯片就代表了价值280亿美元的市场。总之,20%的汽车芯片将使用于信息娱乐系统,而动力系统组件将占13%。

Gartner预计,今年全球半导体市场将增长至4,510亿美元,较去年的4,190亿美元增长7.5%。市场研究公司预测,今年汽车将有助于推动对特定应用标准产品的需求,以及游戏PC的显卡、高性能计算、有线通信。

Fontanilla指出,汽车芯片的顶级供应商是恩智浦半导体,英飞凌科技和瑞萨电子。根据Semicast Research的数据,紧随其后的是意法半导体和德州仪器。排在6-10位的是罗伯特博世,安森美半导体,微芯科技,东芝和罗姆半导体。

在为汽车芯片提供封装的OSAT中,Amkor Technology是市场领导者,占有56%的份额。 Fontanilla表示,先进半导体工程公司(ASE)的份额约为25%,而STATS ChipPAC则不到5%。

Fontanilla补充道:“尽管目前汽车行业我们还远不如Amkor和ASE那样的公司,但我们期待未来能够利用我们所拥有的大客户。我们主要关注信息娱乐、高级驾驶辅助系统(ADAS)、车身系统、电动汽车,以及售后市场。”JCET还专注于激光雷达传感器和雷达。Fontanilla表示:“这是我们在2018年重点关注的关键环节。ADAS和自动驾驶将需要5年时间才能完全实现。”

对汽车半导体封装的特殊要求取决于涉及的客户。Fontanilla表示:“我们对可靠性更感兴趣,因为我们都知道零缺陷是我们的用户关注的安全问题。汽车芯片封装的另一个特殊要求当然是封装的工艺流程。它们与标准芯片不同。汽车在过程控制和质量控制方面更加严格。”

零缺陷管理是汽车OEM的新工具,对于封装内的芯片和封装本身都是如此。为确保没有缺陷,汽车芯片封装具有特殊的检测方法。因此,与汽车芯片的制造一样,封装设备是指定的专用设备,通常与其他封装线分开。每六个月,参与汽车芯片封装的作业者和工程师都要经过培训。

除了ISO 26262功能安全标准外,汽车OEM还必须满足汽车行业供应链质量管理体系的ISO 16949标准。STATS ChipPAC预计今年将获得ISO 26262认证,首先是在新加坡,然后是在韩国和中国。

在汽车芯片封装和其他芯片存在一些相似之处。 Fontanilla说,在层压基板和引线封装方面,二者工艺流程类似。 但是,汽车芯片的物料清单是不同的,客户愿意为此付费。他指出,某主要客户每月在汽车芯片封装上花费700万美元。

Fontanilla补充道:“下一代汽车电子将会有很多传感器——不只是100个而已,而是越来越多。防碰撞、停车系统、刹车系统,一切都是自动的。”

升级设计

ASE集团欧洲分部高级技术总监Jean-Marc Yannou表示:“汽车芯片的封装通常与消费应用芯片的封装类似。这与几年前相比有了很大的变化。”

Yannou表示:“在过去,技术需要五年才能成熟,投入使用。现在时间缩短了。而且我们不需要改变材料。”

Yannou指出,制造中的一个问题是发动机污染,这最终会导致可靠性问题,造成腐蚀。

封装在这里起着至关重要的作用,由于人们依赖芯片以避免高速事故,所以封装将变得更加重要。但随意问两个人,哪种封装最适合这个市场,你最终可能会得到多个答案。它们都可以发挥作用——引线框架、层压基板、使用引线键合进行互连的封装,以及倒装封装。

扇出式晶圆级封装和系统级封装技术(SiP)也正在进入先进汽车电子领域。由于封装成本较高,汽车制造商和一级供应商都对SiP回避,至少是现在。Yann表示,SiP对于这些公司来说可能会很复杂,但是他们正在被SiP“日益紧凑”的性质所吸引。

进入汽车的组件包括微控制器、传感器、雷达芯片、互联网协议芯片,以及基于传感器的电子产品。Yannou表示:“汽车芯片封装是我们发展最快的市场之一, 它现在占半导体封装市场的10%左右,年增长率为10%至15%。”

但这不仅仅是更多的芯片而已。Amkor Technology的副总裁兼汽车总经理Prasad Dhond表示,“更多的芯片必须正常工作,而封装是其中的关键组成部分。”

Dhond表示:“‘乘数效应’是汽车半导体可靠性的一大挑战。组件级别每百万分之一的失效率就会导致车辆1%的故障率。为了获得最高的可靠性,我们需要零缺陷。封装在实现汽车应用的零缺陷方面发挥着重要作用。”

其中一些是由标准驱动的,这些标准通常与封装无关。“ISO 26262与功能安全有关,大部分都对芯片和系统设计者提出了要求。我们支持拥有ISO 26262标准解决方案的客户,根据需要提供支持文档。我们还帮助客户达到其他汽车可靠性标准,如AEC-Q100和AEC-Q006。我们正在开发汽车材料和工艺流程,以帮助客户实现零缺陷。”

Amkor为其汽车客户提供40种不同的封装系列,共有11家汽车生产厂,其中一家位于亚太地区。该公司在汽车芯片封装领域已经活跃了40多年。对于Amkor和J-Devices,汽车芯片封装业务的年收入超过10亿美元。

Dhond指出,要成为一个成功的汽车OSAT,有以下三个主要要求:

• 基于汽车标准的质量体系。 这包括IATF16949等汽车认证,以及符合AIAG(美国汽车工业行动组织)标准,如FMEA,SPC,APQP。

• 更严格的生产控制,强化的材料集合,以及额外的工艺步骤。

• 能够投入大量资本,管理高质量供应链,并支持长期生产(10至15年)。

一些车内和售后的汽车应用(AEC-Q100 Grade 3)具有与商业级应用相同的可靠性要求。

Dhond表示:“这些组件可以使用商业级的封装材料和工艺流程,但仍需要在工厂车间加强汽车的控制。总体而言,汽车封装市场约为100亿美元,增长速度超过整体封装市场。电气化和ADAS是推动这一增长的关键趋势。目前大多数汽车应用都使用引线键合封装,但它们正在转向先进封装,以支持更高的集成度和更低的寄生效应。传统上,集成设备制造商一直将汽车芯片封装保留在内部,但随着需求的增加,我们看到了更多外包趋势。此外,无晶圆厂供应商正在成为汽车市场的主要参与者,给OSAT业务带来了推动力。”

正在快速发展

汽车芯片封装市场正在快速发展,技术支持ADAS最终实现自动驾驶。虽然一些汽车芯片供应商将芯片封装保留在内部,但是OSAT承包商正在深深涉足这一领域。

随着这一市场开始飙升,随着驾驶员辅助和自主性水平的提高,复杂性和上市时间需求也开始逐渐增加,这种情况可能会发生变化。因此,对封装公司的要求也会提高,从而保障芯片在最恶劣的条件下长时间工作。

原文链接:https://semiengineering.com/packaging-chips-for-cars/


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