特色工艺加持，云天半导体先进微系统集成技术迎来发展新篇章
微访谈：云天半导体市场总监李金喜
采访背景：厦门云天半导体科技有限公司（以下简称“云天半导体”）成立于2018年7月，致力于面向高速、高频通信等应用的先进封装与系统集成，掌握凸块（Bumping）、晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）、玻璃通孔（TGV）、扇出型封装（Fan-out）等关键技术，主营业务主要包含滤波器晶圆级三维封装、高频毫米波芯片集成、IPD无源器件制造与封测，以及射频模块集成。日前，云天半导体总投资超过20亿元的二期项目已正式投产，公司将具备4寸到12寸全系列晶圆级系统封装和精密制造能力。在此背景下，麦姆斯咨询采访了云天半导体市场总监李金喜，深入了解这家国内领先的先进微系统集成技术企业。
云天半导体市场总监李金喜
麦姆斯咨询：李总，您好！感谢您接受麦姆斯咨询的采访！首先请您做一下自我介绍，以及在云天半导体的业务职责。
李金喜：您好，首先非常感谢麦姆斯咨询的采访。我是2006年毕业于华中科技大学电子系，先后在华润上华、昆山华天从事客户技术支持以及市场营销类工作。十多年工作下来对晶圆制造、封测以及模组产业有了较为清晰的认知，从半导体产业链上下游角度来看，随着摩尔定律趋缓，先进封装扮演了越来越重要的角色，未来发展潜力巨大。基于此，2018年跟随于大全博士创立厦门云天半导体，目前主要负责公司市场和销售工作。
麦姆斯咨询：接下来，请您谈谈云天半导体的发展历程及公司核心团队情况。
李金喜：我司成立于2018年7月，致力于面向高速、高频通信等应用的先进封装与系统集成，主营业务主要包含滤波器晶圆级三维封装，毫米波芯片集成，IPD无源器件制造与封测，射频模块集成。不但可以提供Bumping / WLCSP / TGV / Fan-out等技术，而且可以为客户提供从产品协同设计、工艺研发到批量生产的全流程解决方案。
公司核心团队成员均常年深耕于半导体产业，之前都有Fab厂、先进封装的工作经历，平均从业年限都超过15年，在半导体封装领域积累了丰富的工程和量产经验。
麦姆斯咨询：经过多年的研发积累，云天半导体能够提供哪些“特色工艺+先进封装”？如何助力滤波器封装国产化？
李金喜：我司的“特色工艺+先进封装”主要包括玻璃通孔技术、IPD无源器件集成技术、新型晶圆级扇出集成封装、2.5D/3D玻璃通孔三维封装以及SiP系统级封装；云天半导体是业界少有的具备了4寸、6寸、8寸以及12寸完整晶圆级封装能力的企业；未来也会针对高性能计算以及人工智能等高端需求，规划2.5D/3D的硅通孔三维封装能力。
针对滤波器封装需求，我司团队经过多年研发，结合先进封装技术经验，为滤波器封装提供多种方案支持，包含晶圆级三维封装（WLP）、晶圆级扇出集成（Fan-out）、基于玻璃衬底IPD集成等多种方案，满足单芯片、多芯片封装及模块化集成需求。
晶圆级三维封装（WLP）：针对滤波器频段特点，开发了双干膜和玻璃盖板两种方案。目前双干膜方案经过云天团队多年的研发验证，已通过可靠性测试并导入量产。
SAW-WLP方案封装芯片
云天晶圆级扇出集成（Fan-out）方案：采用EMC材料，实现多颗滤波器芯片的封装集成，使不同器件间性能更加耦合，解决了制造过程差异带来的器件不匹配，有效降低成本、提升性能和缩小体积。
eMFO-SAW扇出集成芯片及SEM
基于玻璃衬底IPD集成：云天半导体采用玻璃衬底和射频电路设计相结合，突破了原来的硅基射频器件思路，率先开发了基于玻璃基板的IPD集成技术（WL-IPD），开展了高Q值电感、微带滤波器、天线、变压器等一系列射频器件研发，具有低成本、高性能、易于三维集成等突出优点。云天半导体具备为客户提供IPD产品仿真和批量工艺制造的服务能力。
基于玻璃衬底3D-IPD集成示意图
麦姆斯咨询：云天半导体的产线规划情况，以及目前的建设进展如何？
李金喜：我司目前产线规划主要分为一期、二期，一期工厂位于厦门海沧区中沧工业园，占地约4500平方米，主要承接4寸和6寸晶圆级封测项目；二期工厂位于厦门海沧集成电路产业园，占地约35000平方米，主要承接4/6/8/12寸晶圆级封测项目；二期工厂目前已实现工艺全线拉通并投入量产使用，到年底会释放1万片/月的8/12寸产能，二期总体规划产能8万片/月。预计项目完全达产后，能够实现20亿元年销售额。
麦姆斯咨询：在功率和射频领域，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等化合物为代表的第三代半导体相比传统硅基半导体具有很多优势，在推动能源绿色低碳发展过程中扮演着重要角色。那么，第三代半导体器件对先进封装提出了哪些挑战？
李金喜：三代半器件主要有几个特点：更宽的禁带宽度，更高的击穿电场，更高热导率，更大的电流等；所以：①每颗芯片面积增大了功率密度，要求封装材料有非常好的热传导性能，对整个封装的热管理起到正面作用；②单位面积更大的功率要求封装材料具有更好的电流承载能力；③工作温度升高而导致的可靠性问题等。针对三代半器件，我司可提供电镀、化镀、Bumping等技术服务。
麦姆斯咨询：对此，云天半导体目前可以提供哪些成熟的先进封装解决方案？这些解决方案具有哪些特点和优势？
李金喜：在热管理问题方面，我司拥有一支专业的热仿真团队，利用热仿真技术来进行工作状态下器件温度的模拟，清晰明了地观察热量分布及至高点，可有针对性的向客户提出设计优化改善意见，以便提高器件的可靠性。下图为厦门云天热仿真实例。
云天半导体热仿真实例
而在封装设计方面，我司通过在芯片背面覆铜或增加散热孔（孔内填铜）等方案来进一步增加器件的导热能力和载流能力；芯片背面大面积镀铜，除了能增加芯片散热性能外还可以有效减小接触电阻。
麦姆斯咨询：云天半导体推出了模塑料扇出（eMFO）和玻璃基板扇出（eGFO）两种扇出型封装（Fan-out）工艺，请您详细介绍一下它们的特点和应用。
李金喜：针对于功率器件、毫米波以及电源管理类模块集成方面，我司推出Fan-out解决方案，通过重构8/12寸晶圆，实现多颗芯片集成合封，其最大的特点是无需使用印刷电路板，I/O口可依据客户需求进行弹性扩充，封装面积与传统基板封装相比更小型化，从而大幅度降低封装成本，且得到更佳的性能提升。
我司同时具备eMFO和eGFO两种扇出工艺，封装结构主要涵括以下几种（以单颗芯片为例）：
1. eGFO Face up：2P2M （2 Passivation & 2 Metal）
2. eGFO Face down：2P2M （2 Passivation & 2 Metal）
3. eMFO Face down：2P2M （2 Passivation & 2 Metal）
如下为我司eGFO和eMFO结构封装单颗Die实物展示图，其中左图eGFO结构为三颗芯片集成合封，右图eMFO结构为SAW的WLP-FO集成。
麦姆斯咨询：在三维集成电路中，硅通孔（TSV）和玻璃通孔（TGV）是常用的两种通孔互联方式。在射频领域，TGV相比TSV有哪些优缺点？
李金喜：众所周知，玻璃本身是绝缘材料而硅属于半导体材料，玻璃与硅相比其材料特性中的Dk值和Df值较小，且玻璃CTE可调，在高频领域有更优的性能体现。当TGV应用于三维电感集成时易获得高Q值电感，硅用作垂直互联的中介层（Interposer）时，需要沉积额外的绝缘层（例如氧化硅）用于电隔离。这种绝缘层厚度通常为亚微米级，在高频信号传输中难以在TSV之间提供良好的电隔离，易引入寄生电容；玻璃材料没有⾃由移动的电荷，介电性能优良，热膨胀系数(CTE) 与硅接近，以玻璃替代硅材料的TGV技术可以避免TSV的问题。此外，TGV 技术⽆需制作绝缘层，降低了⼯艺复杂度和加⼯成本。单从材料本身来讲，单片8寸玻璃基晶圆成本比硅基晶圆低约30%。当然玻璃本身也有缺点，其散热性能相比硅较差，在大功率产品的应用上表现较差。我司也通过大面积覆铜或增加散热孔等方式来增加器件的散热性能；硅和玻璃有各自的优缺点，不会完全互相替代，我司会根据客户产品设计及应用需求结合自身经验推荐客户最合适的方案。
麦姆斯咨询：云天半导体是全球率先具备低成本规模化量产TGV技术的代工企业，今年5月更是突破了深宽比为520:9的TGV通孔样品，最小孔径可达9μm。在不断挑战TGV工艺极限的过程中，云天半导体解决了哪些挑战、掌握了哪些核心技术？
李金喜：我司团队在TGV技术领域经过多年的潜心研发，先后采用激光烧蚀、等离子体刻蚀、光敏玻璃工艺等技术方案，不断探索可规模化量产技术。2020年已成功开发先进激光加工技术，实现了低成本、高效率的玻璃通孔制备，并实现深宽比为20:1的玻璃通孔（孔径25um）和3:1盲孔量产，同时深孔电镀量产工艺能力达到10:1，无孔洞或Dish缺陷。经过不断挑战极限，在今年5月份突破了深宽比为520:9的TGV通孔的样品制作，最小孔径可以达到9um，且具备较好的侧壁垂直度，可实现更小的体积，更快的传输速度，更低的信号损耗。
10:1深孔电镀SEM图和X-ray图
深宽比520:9的TGV通孔样品（最小孔径：9um）
结合双面深孔填实、铜凸控制、双面布线等关键技术，云天半导体同步实现了TGV通孔金属化，这种工艺可以广泛的应用于3D互连（玻璃基Interposer），且金属化后的三维螺旋电感搭配IPD工艺形成MIM电容、薄膜电阻等，使得3D IPD器件实现高Q值。
3D IPD示意图和SEM图
麦姆斯咨询：除了5G应用，云天半导体的高深宽比TGV晶圆还有哪些应用领域？
李金喜：由于具备透光性、低损耗等特性，TGV技术在光通信、射频、微波、微机电系统（MEMS）、微流控器件和三维集成领域有⼴泛的应⽤前景。
麦姆斯咨询：从客户设计到工艺研发再到批量生产的整个过程中，你们如何支持客户？
李金喜：在客户设计阶段，我司会分享设计规则（Design Rule）至客户端，用于设计参考。同时，我司拥有一支专业的仿真团队，可以配合客户设计进行一系列的热仿真、机械仿真等，并有针对性的向客户提出设计优化改善意见，以便提高产品的可制造性以及可靠性；产品立项后，将由项目负责工程师组建专业团队成员，并对项目转量产各阶段的任务进行分配、跟踪，主导转量产前封测问题的收集，厂内改善推进，良率爬坡，FA分析等，加速产品迭代和量产进程。
麦姆斯咨询：摩尔定律发展趋缓，先进封装将有力推动半导体产业发展已成为业内共识，加上国际局势造成的产业链重塑，国内先进封装产业如何缩小与业内顶尖厂商的差距，把握历史机遇？
李金喜：希望能借助“先进封装”之力带动整个产业链上下游包括设备、材料等各方面，尤其是国产化设备、材料、设计、制造等协同发展。我司在新技术研发方面持续投入大量资金，时刻关注市场及技术的发展趋势，提前进行技术布局，与客户以及设备或材料供应商形成战略合作关系，共同推进先进封装关键技术的研发、拓展、产业化，形成良性循环的产业链。
麦姆斯咨询：最后，请您畅谈云天半导体未来五年的目标里程碑。
李金喜：虽然近几年全球化发展放缓，但半导体产业仍然处于蓬勃发展状态，汽车电子、生物医疗等板块增速喜人。我司希望把握历史难得之机遇，将公司特色工艺和先进技术迅速产业化且兑现产值，为国内半导体产业发展添砖加瓦，贡献属于云天人的一份力。
