半导体封装 | Connectec Japan力求实现30℃低温环境下的Flip Chip封装
文 | 小C君 · 编译 | Sammy
来源 ：eetimes.jp
CINNO Research 产业资讯，5月28日，Connectec Japan在其总部（日本新泻县妙高市）向相关人士及媒体召开了事业战略说明会，该公司社长平田胜则先生介绍说，通过运用其独特的技术已经可以在80℃的低温环境下进行Flip Chip封装，目前正在开发30℃低温下的封装技术。同时还表示说“为了实现IoT，低温、低负荷绝对是必须的!”
对IoT来说，低温、低负荷是必不可缺的
Connectec Japan社长 平田胜则（图片出自：eetimes.jp）
Connectec Japan是由原就职于Panasonic（原松下电器）半导体事业部的平田先生创立。通过利用现有技术，在需要高温、高负荷的半导体Flip Chip封装方面，开发出了一种低温、低负荷、无损的Damage Free封装技术——“MONSTER PAC”，全面提供“外包半导体封装开发（OSRDA：Out Sourced Research＆Development Assemble）”服务，即半导体元件、模组的基板设计和结构设计、试做、信赖性测评、分析、量产。
据说“可以对应所有的OSRDA方面的封装要求”（图表出自：Connectec Japan）
2017年7月，Connectec Japan成为了第一家参加美国加利福尼亚“Next Flex”机构的日本公司，“Next Flex”是一家负责柔性混合电子（Flexible Hybrid Electronics）创新和商业化的机构。Connectec Japan不断在美国、中国大陆、中国台湾、韩国设立办事处，自2017年以来2年间收到了全球各地3,000多起的咨询，业务在日本国内外不断扩大。2018年6月被日本经济产业省扶持的“J-Startup”项目选为项目企业。
目前，外包半导体封装业务的销售额中70%来自海外，平田先生表示说，“一年前日本国内的销售额近乎为零，但在日本国内，积极尝试着做新业务的公司不断在增加。”
1/40的设备投资，1/30的设备面积，1/1000的电力消耗
据平田先生透露说，预计在2025年全球IoT市场规模将会扩大到610亿日元（约人民币36.6亿元），其中亚太地区将会占据45%的份额，另外，预计2023年半导体传感器的出货数量将会达到10,000亿个，未来将会爆发式增长至100,000亿个。同时平田先生还表示说：“随着用途和使用情况的增多，所有东西上都需要安装半导体”。
而且，使用现有锡膏进行倒装芯片时，由于需要260℃的高温、每个端子承受2.4gf（克力）粘合负荷压力，所以对采用了易受损材料“Low-k”的元件、MEMS芯片会产生严重的影响，因此限制了封装芯片、基板材料。“为了实现万物互联（IoT），低温、低负荷绝对是必须的!”
要发展IoT，必须进行低温封装。（图片出自：Connectec Japan）
MONSTER PAC采用了与现有方法完全不同的方式解决了上述问题。具体如下，首先，使用印刷技术将导电锡膏(Paste)涂到基板的线路(Pattern)上，形成芯片与基板之间的导电电路；而且，在下一道工序注入非导电性的Paste（NCP: Non Conductive Paste），放上芯片并进行封装，于是，芯片这一侧的端子接触到导电锡膏(Paste)，多余的NCP被挤到线路中间，当周边温度上升时，NCP就会硬化，NCP硬化产生的“硬化收缩力”促使芯片端子和导电锡膏相互挤压、结合。
MONSTER PAC的特征（图片出自：Connectec Japan）
另外，使用传统封装方法的话，在一间大型的洁净室里配置了将近20台大型生产设备，需要34道工序，6天时间，如果使用MONSTER PAC，只需银膏印刷、NCP涂层、Flip Chip Bonding 三道工序，2天时间就可以完成，据说是“1/40的设备投资，1/30的设备面积，1/1,000的电力消耗”。另外，随着IoT机器的扩展，一台设备将能支持各种材料的基板，也就是可以满足“量少品种多”的要求。
Connectec Japan还开发了“MONSTER DTF（Desktop Factory）”，它集成三道工序并将设备控制到Desktop Size，现在Connectec Japan已经开始利用“MONSTER DTF”稼动6条产线。
右图：MONSTER DTF，左图：实际的生产车间。（图片出自：Connectec Japan）
力求实现30℃温度环境下的封装
Connectec Japan正在推进开发MONSTER PAC的进一步低温化，目前已经实现了80℃低温及1/20压力的封装。因此，除了可以进行各种MEMS传感器等低应力封装之外，还可以进行PET、PEN、聚氨酯等基板的封装，以及内置电池模块的PET等材料的封装。据说已经开始接受客户的外包开发业务，同时也介绍了相关业务。
（图片出自：Connectec Japan）
上图在120℃环境下，同时封装600个耐热140℃的磁感应芯片（Sensor Chip），且进行组件，背面直接封装驱动IC（Driver IC），达到节约面积的功效。
（图片出自：Connectec Japan）
上图80 ℃温度环境下，封装到PET薄膜上的元件（右侧），使用现有封装方法进行封装后，基本都变形了（左侧）。（图片出自：Connectec Japan）
（图片出自：Connectec Japan）
在80℃环境下进行封装，把电池、无线、温度传感器一体化的小型模块。体积减小50%。据说按照现行的封装方法，无法进行内置电池；也实现了小型AOC（Active Optical Cable）。也可以把VICSEL、PD 芯片直接封装到内置光导波路的FPC。采用现有方法的话，高温引起的基板膨胀会导致错位发生，因此需要对照着光轴进行修正，而80℃环境下的封装则可以获得较高的精度。
另外， 据说Connectec Japan现在正在研发30℃环境下的封装技术。据平田先生透露说，如果可以成功研发出30℃环境下封装技术的话，就在可耐热40℃的生物芯片（Biochip）、柔性聚氨酯（Stretchable Polyurethane）等材料上直接封装传感器、无线通信芯片，而且也可以运用于内埋式封装等更广阔的封装范围。
30℃环境下封装的未来构想图，在耐热40℃的生物芯片上集成传感器（图片出自：Connectec Japan）
这是30℃环境下封装的事例，把内置电池的传感模组安装在创可贴上，如果技术获得成功，只需贴一张创可贴，就可以进行感应。（图片出自：Connectec Japan）
用传统方法进行封装，MEMS振荡器、MEMS过滤器会由于热应力而引起特性的变化；如果在30℃环境下进行封装，产品特性不受影响。（图片出自：Connectec Japan）
在30℃环境下，可进行Reuse、Disposal、Wearable等各种传感器的封装。（图片出自：Connectec Japan）
实现10μm线距基板的封装
此外，Connectec Japan也在推进较窄排线间距（Pitch）的研发，由于基板受热膨胀等因素的影响，40℃环境是传统封装方法的极限，然而ONSTER PAC可进行27.5μm线距产品的封装。Connectec Japan已经成功实现了10μm线距产品的封装，而且介绍了事例。因此，可以大幅度缩小封装面积、节约成本。
现有的封装方法与MONSTERPAC（线距为10μm）的比较。（图片出自：Connectec Japan）
10μm排线情况下，制作凸形Master Mold（左）后，又制作了凹形的Replica Mold（中间），把排线和Bump一起印刷在基板上（右）（图片出自：Connectec Japan）
通过运用10μm线距的基板，就不再需要以往的TSV Silicon Interposer，可以降低成本。（图片出自：Connectec Japan）
开发中的应用了10μm线距的HBM 模组样品。（图片出自：Connectec Japan）
此外，Connectec Japan还计划在2020年以后上市，发挥“生产面积仅如一家便利店”这样小规模生产的特点，今后可能讨论特别经营权（Franchise）的方式。
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