隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G通訊、智能駕駛的快速商用化，市場對高性能計算芯片的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，直接推動了芯片功耗的顯著提升。FCBGA封裝技術(shù)目前已成為高端芯片封裝的主流解決方案。

根據(jù)觀研天下數(shù)據(jù)顯示，從全球市場規(guī)模來看，2024年全球先進(jìn)封裝市場規(guī)模達(dá)519.00億美元，同比增長10.9%；預(yù)計2025年全球先進(jìn)封裝市場規(guī)模將達(dá)571億美元。從市場結(jié)構(gòu)來看，先進(jìn)封裝市場主要以FCBGA為主，占比達(dá)34%；2.5D/3D封裝和FCCSP封裝在全球市場占比均為20%。

圖1 全球先進(jìn)封裝市場規(guī)模（鴻富誠根據(jù)公開資料整理）

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G通訊、智能駕駛的快速商用化，市場對高性能計算芯片的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，直接推動了芯片功耗的顯著提升。FCBGA封裝技術(shù)目前已成為高端芯片封裝的主流解決方案。

根據(jù)觀研天下數(shù)據(jù)顯示，從全球市場規(guī)模來看，2024年全球先進(jìn)封裝市場規(guī)模達(dá)519.00億美元，同比增長10.9%；預(yù)計2025年全球先進(jìn)封裝市場規(guī)模將達(dá)571億美元。從市場結(jié)構(gòu)來看，先進(jìn)封裝市場主要以FCBGA為主，占比達(dá)34%；2.5D/3D封裝和FCCSP封裝在全球市場占比均為20%。

圖2 采用FCBGA封裝設(shè)計的ASDS 智駕芯片（鴻富誠根據(jù)公開資料整理）

FCBGA封裝技術(shù)

具備以下核心結(jié)構(gòu)特點

●  高密度互連 ：倒裝芯片設(shè)計縮短電氣互連距離，支持更多I/O引腳，降低寄生效應(yīng)，提升高頻信號完整性和準(zhǔn)確性。

● 高效散熱：Die在運算過程中90%以上熱量直接從Lid蓋傳導(dǎo)至外部散熱器進(jìn)行散熱。散熱路徑的TIM和Lid的有效散熱面積和低熱阻至關(guān)重要。

● 高集成度：10+層布線支持復(fù)雜供電/信號網(wǎng)絡(luò)，薄型化設(shè)計滿足車載/移動設(shè)備空間限制。

● 長期可靠性：Underfill材料提升機械強度，TIM材料提供長期穩(wěn)定傳熱，Lid蓋提供散熱和機械抗壓抗震動沖擊雙重保護(hù)。

圖3  典型帶Lid蓋結(jié)構(gòu)的FCBGA橫截面示意圖

    FCBGA封裝 散熱技術(shù)的挑戰(zhàn)與材料革新

作為高性能芯片的主流封裝方案，芯片算力和功耗的節(jié)節(jié)攀升，對FCBGA的散熱效能和長期運算的可靠性提出了更高的要求。隨著AI加速芯片、高階智能駕駛SOC芯片的普及，主流芯片熱流密度和芯片尺寸顯著增大 ，傳統(tǒng)散熱材料體系正面臨根本性挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)材料（硅脂、銦片）在大尺寸大功率FCBGA封裝應(yīng)用中面臨重重困境：

● 硅脂

導(dǎo)熱系數(shù)低：導(dǎo)熱系數(shù)僅3-6W/m·K，難以應(yīng)對高熱流密度場景；

材料風(fēng)險：長期使用存在干涸老化問題，導(dǎo)致界面熱阻（TIM Resistance）非線性增長。大尺寸封裝覆蓋率低。

● 銦片

工藝瓶頸：雖然具有86 W/m·K高導(dǎo)熱性，但需要Flux Spray、真空回流焊等復(fù)雜制程，原材料、設(shè)備投入與維護(hù)、工藝成本居高不下。

材料缺陷顯著：

易氧化性使長期熱老化后界面熱阻上升30%以上；

低延展性易引發(fā)機械應(yīng)力集中，疊加循環(huán)熱應(yīng)力和機械振動，導(dǎo)致CTE不匹配，熱界面易剝離；

熔點低，高溫真空回流焊導(dǎo)致微空隙率（Void Rate）>5%，覆蓋率不足，回流焊時溢料風(fēng)險威脅器件可靠性。

為更好的解決高功耗大尺寸FCBGA的散熱難題，業(yè)內(nèi)采取具有更低熱阻的Lidless封裝，但Lid在芯片物理保護(hù)、均熱效率、防污防塵上仍具有較大優(yōu)勢，因此在FCBGA場景中，行業(yè)內(nèi)正加速驗證石墨烯導(dǎo)熱墊片在TIM1場景的可行性，通過其本征低熱阻、可應(yīng)對大尺寸芯片翹曲、長周期可靠性的特性，構(gòu)建下一代FCBGA封裝散熱解決方案。

鴻富誠針對高功率大尺寸FCBGA芯片封裝TIM1場景提出創(chuàng)新石墨烯導(dǎo)熱墊片產(chǎn)品解決方案

● 超低熱阻，工藝簡化，高效熱收益

采用鴻富誠石墨烯導(dǎo)熱材料，可直接自動化貼裝并施加合適的封裝壓力，熱阻低至0.04℃cm2/W，無需Flux Spray、真空reflow，在相同功耗下，芯片結(jié)溫與銦片相當(dāng)，可減少因芯片過熱導(dǎo)致的降頻和壽命問題。

● 創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計，適配CTE且抗翹曲

鴻富誠石墨烯導(dǎo)熱墊片采用定向排列技術(shù)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計，縱向連續(xù)結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)導(dǎo)熱，海綿結(jié)構(gòu)的多孔特性負(fù)責(zé)形變，回彈率高，壓縮應(yīng)力小，能自適應(yīng)0.1-0.2mm的Lid和Die翹曲。

● 超高可靠性，高覆蓋，零外溢

鴻富誠石墨烯導(dǎo)熱墊片通過內(nèi)部實驗室及量產(chǎn)客戶實驗室嚴(yán)苛的1000h以上的高溫、高低溫沖擊、雙85老化測試，石墨烯導(dǎo)熱墊片熱阻變化率均＜5%，相對于硅脂85%-95%、銦片80%-95%的覆蓋率，石墨烯導(dǎo)熱墊片老化測試后仍接近100%覆蓋，可靠性顯著優(yōu)于硅脂和銦片。

圖4 鴻富誠石墨烯導(dǎo)熱墊片150℃ 1000h老化后CSAM，孔隙率＜0.1%，無脫層

圖5 鴻富誠石墨烯導(dǎo)熱墊片

鴻富誠縱向石墨烯導(dǎo)熱墊片積累多年芯片散熱應(yīng)用經(jīng)驗，已實現(xiàn)自動化產(chǎn)線和量產(chǎn)交付，產(chǎn)品品質(zhì)獲得國內(nèi)外多家芯片行業(yè)龍頭企業(yè)認(rèn)可。助力高功率大尺寸芯片簡化設(shè)計和制造難度，并提供長期高效可靠散熱，為先進(jìn)封裝提供創(chuàng)新產(chǎn)品方案。