随着电子产品对小型化、轻量化和高性能的需求不断提高,封装技术持续朝小体积和高集成目标持续演进。封装技术可以按照是否採用焊线分为传统封装和先进封装。先进封装技术指採用键合互连并利用封装基板来实现的封装技术,通过应用先进的设计思路和先进的集成工艺,对芯片进行封装级重构,并且能有效提升系统高功能密度。其中,WLCSP是一种结合了晶圆级封装(WLP)和芯片尺寸封装(CSP)优势的先进封装技术。
晶圆级封装(WLP)是指在晶圆前道工序完成后,直接对晶圆进行封装,再切割分离成单一芯片,相对于传统封装将晶圆切割成单个芯片后再进行封装,WLP技术在封装尺寸和信号传输性能等方面具有明显的优势。芯片尺寸封装(CSP)是指整体面积(组装佔用印制板的面积)与芯片总面积不超过120%且整体厚度与芯片厚度相同的封装技术,从而有效促进集成电路的小型化。
不同封装形式的MOSFET对比分析
MOSFET常见的封装技术包括WLCSP、SOP、DFN等表面贴片封装技术。其中,WLCSP是一种高度集成的小型化封装技术,通过在晶圆级别直接封装芯片,实现更小的封装体积和更高的I/O密度,广泛应用于对尺寸、功耗和性能要求较高的电子设备中。SOP是一种引脚引出型封装技术,将MOSFET引脚从封装两侧引出,便于穿孔或表面贴装。
与WLCSP相比,SOP封装中芯片和引脚依赖引线框架和键合线连接且需塑料封装体包裹,芯片额外体积增加且散热性能不佳,不适用于需要超小体积和精密封装的应用场景。DFN是双扁平无引脚封装技术,其封装的焊点位于芯片底部,因而与WLCSP相比对焊接的精度要求很高,进而影响产品良率。
WLCSP与SOP和DFN相比,拥有更高集成度、更低功耗和更强的热性能优势,更适合用于超小型、高性能、高频且空间受限的应用,如智能可穿戴设备、AR/VR和高频通信设备。WLCSP MOSFET能够在更小的空间内集成更多功能,同时具有较低的功耗和热阻,使其适配高端消费电子产品和要求高密度连接的应用。
WLCSP MOSFET行业的技术与工艺概览
功率半导体器件封装技术的持续演进过程中,WLCSP技术作为一种融合了CSP与WLP的先进封装技术,已成为高性能封装解决方案的关键技术。WLCSP技术具备尺寸紧凑、电气性能优异和散热能力出色的特点,相较于其他封装技术,WLCSPMOSFET具备更高的效率和可靠性,能契合移动设备和紧凑空间应用的需求。
基本的WLCSP流程主要包括正面金属化、背面研磨、背面金属化、晶圆测试、晶圆切割、晶圆级晶粒分选包装。首先在晶圆片正面沉积金属层,形成芯片的电路互连和焊盘(Pad)。同时,对晶圆背面进行机械研磨,将晶圆减薄至目标厚度。接着,在减薄后的晶圆背面沉积金属层,并採用溅射或电镀工艺形成接地层或散热通道。随后,使用探针卡对芯片进行电性能测试筛出不良品。最后,使用激光或金刚石刀片将经过筛查的晶圆切割成独立芯片并进行拾取、分选和交付。
中国WLCSP MOSFET行业的市场规模
伴随高端消费电子、智能可穿戴设备和智能座舱等场景的快速发展落地的需求驱动下,中国WLCSP MOSFET行业的市场规模持续高速增长。按收入计,中国WLCSPMOSFET行业的市场规模由2020年的17亿元增长至2024年的29亿元,期间复合年均增长率为14.6%。
未来,在座舱全面智能化和智能可穿戴设备等持续渗透的驱动下,预计到2029年,中国WLCSP MOSFET的市场规模预计将增长至62亿元,2024至2029年的复合年均增长率为16.5%。WLCSP MOSFET因其在小型化,集成化上的优势,被广泛应用于高端消费电子、汽车电子和无人机等领域。按收入计,目前WLCSP MOSFET约佔中国中低压MOSFET分立器件市场11.0%,并预计未来伴随智能可穿戴设备与汽车电子等需求的提升而加速渗透。
中国WLCSP MOSFET行业的驱动因素与发展趋势
• 技术进步助推WLCSP MOSFET性能进一步提升。WLCSP封装技术对WLCSPMOSFET性能的提升主要体现在四个方面。第一,实现封装小型化、高密度化、多功能化;第二,降低产品功耗、提升产品带宽、减小信号传输延迟;第三,可实现异质系统集成;第四,降低先进节点芯片的设计複杂度和制造成本,缩短开发周期、提高产品良率。
WLCSP封装技术凭藉其优越的性能和成本优势,已成为芯片封装领域的重要发展趋势。未来,伴随5G、物联网、人工智能等新兴技术的推动,WLCSP封装将向更小的纳米尺寸发展,实现更高密度的芯片封装,进一步提高WLCSP MOSFET的性能和可靠性。
• WLCSP MOSFET下游应用场景放量。WLCSP MOSFET在消费电子领域加速渗透的同时,高端应用场景不断扩展。在消费电子领域,更高集成度的WLCSPMOSFET能够满足智能穿戴设备对于轻薄设计的需要。同时,WLCSP MOSFET高度集成化的特点使得整体电路能够在更小的空间内承载更多晶体管,提升性能,满足智能可穿戴设备对于多样化功能的追求。在汽车电子、工业领域,随着座舱智能化提升、5G、物联网等技术发展,WLCSP MOSFET不断扩展其应用范围,实现规模化放量。
• 中国大陆厂商市场份额不断提升。受益于消费电子、可穿戴设备等终端小型化和高性能化需求增长,国产厂商依托在晶圆制造、先进封装及成本控制上的技术进步,加快佈局高端WLCSP MOSFET产品,逐步实现对海外厂商的进口替代。随着本土产业链完善、关键材料及设备国产化率提升,国内企业在价格竞争力、交付周期及本地化服务等方面优势明显,带动其在国内市场的份额持续扩大,市场集中度有望进一步向中国大陆厂商倾斜。
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