晶片越來越熱，封裝成為散熱關鍵：華天科技的 FOPLP 策略解析

當晶片塞入更多電晶體、同時承受更高功耗時，熱量會集中在更小的晶粒面積內。這使封裝從單純的保護外殼，轉變為影響晶片效能、可靠度與使用壽命的關鍵熱管理環節。

華天科技表示，已在扇出型封裝領域建立全流程熱設計與模擬分析能力，試圖在封裝完成前，就透過材料選擇、佈線及結構設計處理熱源，而不是等到組裝後才補救散熱問題。8

為什麼封裝熱設計變得如此重要

晶片接面溫度並不只由矽本身決定，而是受到整條散熱路徑影響。熱量可能依序經過晶粒接合層與模封料、重布線層（RDL）、封裝表面、印刷電路板（PCB）、導熱介面材料、散熱器及氣流，最後傳到環境中。

如果其中任何一段具有較高的熱阻，或局部形成熱點，晶片便可能在較高溫度下運作，降低效能與可靠度裕度。長時間的熱應力也可能加速互連疲勞、材料剝離、熱膨脹不匹配及封裝翹曲等失效機制。

換句話說，當功率密度持續上升，封裝能否建立可控、低阻抗的熱路徑，已與晶片本身的製程能力同等重要。

SOP、QFP、QFN 的散熱限制不能一概而論

傳統 SOP 與 QFP 等有引腳封裝，通常仰賴引腳與引線框架傳導大量熱量。這類路徑往往較長且受結構限制，當晶片功率密度提高時，散熱能力可能成為瓶頸。華天科技正是以此類傳統架構與 FOPLP 作對比，強調 FOPLP 可省去傳統基板並縮短熱路徑。6

但 QFN 需要更精準地分析，不能直接被視為散熱能力不足。具裸露焊盤（exposed pad）或電源型 QFN 的產品，可以透過散熱焊盤、PCB 銅箔及導熱通孔，把熱量有效導向電路板。

QFN 的實際上限取決於多項因素，包括引線框架幾何形狀、散熱焊盤面積、PCB 銅箔配置、導熱通孔數量，以及系統能否進一步將熱量擴散出去。因此，封裝是否適用，仍要視晶片功耗與整體系統設計而定，而不是只看封裝名稱。

FOPLP 能從哪些方面改善熱表現

扇出型封裝會透過 RDL 將晶粒的連接點向外重新分配，而非完全依賴傳統封裝基板。這種做法可支援較高的互連密度，並相較部分傳統架構降低互連電感。4

FOPLP 通常具有以下結構特點：

• 不使用傳統封裝基板；
• 支援高密度 I/O；
• 封裝厚度較薄；
• RDL 同時承擔電氣互連，並可在設計上協助熱量擴散；
• 材料與封裝幾何形狀可進行協同最佳化。

Fraunhofer IZM 將 fan-out 描述為一種無基板封裝，具備大幅縮小封裝體積與厚度的潛力，也可能帶來較低熱阻。台積電的 InFO 技術則展示了高密度 RDL 如何應用於行動裝置與高效能運算平台。1213

不過，薄型化與高 I/O 密度本身並不會自動帶來更好的散熱。真正的結果取決於銅製 RDL、模封料、晶粒背面、熱擴散器、導熱介面及 PCB 是否共同構成有效的散熱路徑。若只是減少厚度，卻沒有改善熱量離開晶粒的方式，FOPLP 的優勢便可能停留在結構層面。

行動裝置、車用電子與 HPC 的需求不同

Fan-out 封裝已投入行動與無線應用的量產，並逐步延伸至車用及醫療系統。1 高密度 fan-out 平台也被定位用於行動裝置與高效能運算（HPC）。13

但不同應用對 FOPLP 熱設計的要求並不相同：

• 行動裝置： 重點是薄型化，以及在有限機身空間內把熱量擴散出去，通常缺乏大型散熱器可用。
• 車用電子： 封裝必須承受反覆熱循環及較大的溫度變化，熱機械可靠度尤其重要。
• 高效能運算： 整體功耗遠高於一般消費電子，封裝可能仍需要上蓋、冷板或其他外部冷卻設備。FOPLP 不會單獨取代整機層級的散熱設計。

因此，FOPLP 的價值不只在於「封裝更薄」或「熱路徑更短」，而在於這些結構能否與實際產品的 PCB、散熱邊界、功率分布及氣流條件配合。

熱阻與熱特性參數：最容易被誤用的地方

JEDEC 的熱測量方法只有在特定測試條件下才具備可比性與工程意義。熱阻 θ 描述的是特定熱流條件下的熱傳導路徑；以 RθJC 為例，它用於描述當熱量被刻意導向封裝外殼表面時，從接面到外殼的熱阻。

這類測試通常假設封裝表面與散熱器或冷板形成明確的熱邊界，並不等同於晶片安裝在真實 PCB 上時的熱流分布。實際系統中，熱量可能同時向封裝頂部、PCB、焊球或引腳，以及周圍空氣分流。

因此，以下公式不應被當作所有板級應用的通用估算方式：

Tj = Tc + P × RθJC

德州儀器（Texas Instruments，TI）指出，在現代板級應用中，ΨJT 與 ΨJB 等熱特性參數往往更方便用來估算接面溫度。13 在測試條件相符的情況下，工程師可使用類似下列的關係式：

Tj ≈ Ttop + P × ΨJT
Tj ≈ Tboard + P × ΨJB

其中，ΨJT 是接面到封裝頂部的熱特性參數，ΨJB 則是接面到電路板的熱特性參數。兩者並不是嚴格意義上的一維基本熱阻，而是與測試配置、量測方法及實際系統條件相關的表徵參數。

華天科技所稱的「全流程」能力代表什麼

依據公司相關說明，華天科技的做法涵蓋材料選擇、wiring 設計與封裝結構，並透過多物理場模擬，改善散熱效率及長期可靠度。8

從工程角度看，這類流程通常需要同時評估：

• 模封料、晶粒接合材料及導熱介面材料的選擇；
• 銅製 RDL 的厚度、位置與熱擴散路徑；
• 局部熱點的識別與抑制；
• 熱傳導與電氣損耗、電流集中之間的耦合；
• 翹曲及材料熱膨脹係數不匹配；
• 熱循環下互連與材料的疲勞壽命。

由於 panel-level packaging 的結構面積較大、厚度較薄，熱機械模擬的重要性也隨之提高。相關 FOPLP 研究已探討材料行為及封裝冷卻過程中的變形變化，而翹曲與晶粒位移仍是公認的可靠度挑戰。3

關鍵結論：技術潛力不等於已證實的產品效能

FOPLP 確實為華天科技提供了一種從封裝架構層級處理熱問題的方法：減少不必要的結構層、利用 RDL 實現高密度互連與潛在的熱擴散，並在封裝完成前協同最佳化材料與幾何設計。這些方向符合 fan-out 封裝的普遍技術優勢。812

但這些優勢並不能單獨證明華天科技某一款產品已取得特定幅度的散熱改善。目前可取得的資料中，華天科技尚未公開具獨立驗證的熱阻、接面溫度或壽命數據。

因此，真正的評估重點不應只是某個封裝的 RθJC 數值，而是晶片在實際 PCB、功率分布、冷卻條件、氣流及熱循環設定下，能否維持在溫度規格內，並在整個產品壽命週期中通過可靠度測試。

對高功率密度晶片而言，最重要的問題不是「封裝標示了多少熱阻」，而是完整系統能否持續把晶片產生的熱量帶走。