随着物联网、云计算、5G通讯、智能驾驶的快速商用化，市场对高性能计算芯片的需求呈现爆发式增长，直接推动了芯片功耗的显著提升。FCBGA封装技术目前已成为高端芯片封装的主流解决方案。
根据观研天下数据显示，从全球市场规模来看，2024年全球先进封装市场规模达519.00亿美元，同比增长10.9%；预计2025年全球先进封装市场规模将达571亿美元。从市场结构来看，先进封装市场主要以FCBGA为主，占比达34%；2.5D/3D封装和FCCSP封装在全球市场占比均为20%。
图1 全球先进封装市场规模（鸿富诚根据公开资料整理）
最近几年，全球及中国ADAS（高级驾驶辅助系统）芯片市场的竞争格局呈现“外资巨头主导+本土厂商崛起”的双重特征，NVIDIA、高通和Mobileye在全球范围内获得市场认可，国内市场以华为、地平线、黑芝麻智能为主，随着算力TOPS上升，SOC热流密度急剧上升，芯片尺寸也在逐步增大，芯片封装多采用带Lid盖的FCBGA封装结构。FCBGA封装技术因其在高性能计算组件中的高度集成、高效散热、高可靠性等优势而受到业界的广泛认可和采纳。
图2 采用FCBGA封装设计的ASDS 智驾芯片（鸿富诚根据公开资料整理）
FCBGA封装技术具备以下核心结构特点：
1、高密度互连
倒装芯片设计缩短电气互连距离，支持更多I/O引脚，降低寄生效应，提升高频信号完整性和准确性。
2、高效散热
Die在运算过程中90%以上热量直接从Lid盖传导至外部散热器进行散热。散热路径的TIM和Lid的有效散热面积和低热阻至关重要。
3、高集成度
10+层布线支持复杂供电/信号网络，薄型化设计满足车载/移动设备空间限制。
4、长期可靠性
Underfill材料提升机械强度，TIM材料提供长期稳定传热，Lid盖提供散热和机械抗压抗震动冲击双重保护。
图3 典型带Lid盖结构的FCBGA横截面示意图
FCBGA封装散热技术的挑战与材料革新
作为高性能芯片的主流封装方案，芯片算力和功耗的节节攀升，对FCBGA的散热效能和长期运算的可靠性提出了更高的要求。随着AI加速芯片、高阶智能驾驶SOC芯片的普及，主流芯片热流密度和芯片尺寸显著增大 ，传统散热材料体系正面临根本性挑战。
传统材料（硅脂、铟片）在大尺寸大功率FCBGA封装应用中面临重重困境
1、硅脂
导热系数低：导热系数仅3-6W/m·K，难以应对高热流密度场景
材料风险：长期使用存在干涸老化问题，导致界面热阻（TIM Resistance）非线性增长。大尺寸封装覆盖率低。
2、铟片
工艺瓶颈：虽然具有86 W/m·K高导热性，但需要Flux Spray、真空回流焊等复杂制程，原材料、设备投入与维护、工艺成本居高不下。
材料缺陷显著：
易氧化性使长期热老化后界面热阻上升30%以上；
低延展性易引发机械应力集中，叠加循环热应力和机械振动，导致CTE不匹配，热界面易剥离；
熔点低，高温真空回流焊导致微空隙率（Void Rate）>5%，覆盖率不足，回流焊时溢料风险威胁器件可靠性。
热界面材料技术迭代的优选路径
为更好的解决高功耗大尺寸FCBGA的散热难题，业内采取具有更低热阻的Lidless封装，但Lid在芯片物理保护、均热效率、防污防尘上仍具有较大优势，因此在FCBGA场景中，行业内正加速验证石墨烯导热垫片在TIM1场景的可行性，通过其本征低热阻、可应对大尺寸芯片翘曲、长周期可靠性的特性，构建下一代FCBGA封装散热解决方案。
图4 鸿富诚石墨烯导热垫片由纵向连续、高导热、低密度石墨烯构成
鸿富诚针对高功率大尺寸FCBGA芯片封装TIM1场景提出创新石墨烯导热垫片产品解决方案：
1. 超低热阻，工艺简化，高效热收益
采用鸿富诚石墨烯导热材料，可直接自动化贴装并施加合适的封装压力，热阻低至0.04℃cm²/W，无需Flux Spray、真空reflow，在相同功耗下，芯片结温与铟片相当，可减少因芯片过热导致的降频和寿命问题。
2. 创新结构设计，适配CTE且抗翘曲
鸿富诚石墨烯导热垫片采用定向排列技术创新结构设计，纵向连续结构负责导热，海绵结构的多孔特性负责形变，回弹率高，压缩应力小，能自适应0.1-0.2mm的Lid和Die翘曲。
3. 超高可靠性，高覆盖，零外溢
鸿富诚石墨烯导热垫片通过内部实验室及量产客户实验室严苛的1000h以上的高温、高低温冲击、双85老化测试，石墨烯导热垫片热阻变化率均＜5%，相对于硅脂85%-95%、铟片80%-95%的覆盖率，石墨烯导热垫片老化测试后仍接近100%覆盖，可靠性显著优于硅脂和铟片。
图5 鸿富诚石墨烯导热垫片150℃ 1000h老化后CSAM，孔隙率＜0.1%，无脱层
图6 鸿富诚石墨烯导热垫片
鸿富诚纵向石墨烯导热垫片积累多年芯片散热应用经验，已实现自动化产线和量产交付，产品品质获得国内外多家芯片行业龙头企业认可。助力高功率大尺寸芯片简化设计和制造难度，并提供长期高效可靠散热，为先进封装提供创新产品方案。
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