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近期，由Manz亞智科技主辦的“FOPLP、TGV、異質(zhì)整合結(jié)構(gòu)芯片封裝技術(shù)創(chuàng)新論壇”在蘇州成功召開(kāi)。本次論壇以“‘化圓為方’解鎖高效封裝?? CoPoS賦能芯未來(lái)”為主題，全面探討當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展局勢(shì)下，封裝產(chǎn)業(yè)新機(jī)遇以及CoPoS、板級(jí)封裝、玻璃基板等技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展?jié)撃堋?/p>
在論壇開(kāi)幕致辭中，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)兼封測(cè)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)徐冬梅指出，“自2024 年以來(lái)，中國(guó)半導(dǎo)體封測(cè)行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)數(shù)百億美元。展望 2030年，隨著人工智能和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，加之政策的大力扶持，中國(guó)半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域即將迎來(lái)新一輪的蓬勃增長(zhǎng)。在這一過(guò)程中，中國(guó)對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)的投資預(yù)計(jì)將達(dá)到目前的三倍，從而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)向高端化和專業(yè)化邁進(jìn)?！?/p>
值得一提的是，在當(dāng)前的大環(huán)境及集成電路產(chǎn)業(yè)背景下，先進(jìn)封裝更為市場(chǎng)和輿論關(guān)注。近日中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)理事長(zhǎng)魏少軍教授在其題為《中國(guó)芯片設(shè)計(jì)業(yè)要自強(qiáng)不息》的主旨報(bào)告中指出，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)應(yīng)更加關(guān)注不依賴先進(jìn)工藝的設(shè)計(jì)技術(shù)，并提出兩條可行路徑，其一為架構(gòu)的創(chuàng)新，其二為微系統(tǒng)集成。所謂微系統(tǒng)集成即包含2.5D/3D封裝、Chiplet、FOWLP等先進(jìn)封裝技術(shù)。
01、從CoWoS 到 CoPoS
在算力時(shí)代，隨著英偉達(dá)GPU的破圈大熱，其芯片背后的重要功臣——先進(jìn)封裝技術(shù)CoWoS也被大眾所熟知。通過(guò)先進(jìn)制程+先進(jìn)封裝的組合，臺(tái)積電賺得盆滿缽滿。
此前，臺(tái)積電董事長(zhǎng)魏哲家表示，客戶對(duì)CoWoS先進(jìn)封裝需求遠(yuǎn)大于供應(yīng)，盡管臺(tái)積電今年增加CoWoS產(chǎn)能超過(guò)2倍，仍供不應(yīng)求。至2024年底，臺(tái)積電CoWoS 月產(chǎn)能約3.5萬(wàn)片，2024全年產(chǎn)出約30至32萬(wàn)片，臺(tái)積電并規(guī)劃在2025年底將月產(chǎn)能提高至6萬(wàn)片以上；CoWoS在2022年至 2026年產(chǎn)能CAGR將達(dá)50%以上。據(jù)報(bào)道，為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的激增，臺(tái)積電籌劃著對(duì)CoWoS先進(jìn)封裝工藝提價(jià)，價(jià)格可能上漲10%至20%。
在后摩爾時(shí)代，先進(jìn)制程工藝演進(jìn)逼近物理極限，先進(jìn)封裝成了延續(xù)芯片新能持續(xù)提升的道路之一，其重要性和價(jià)值不可估量，這也是魏少軍將微系統(tǒng)集成作為我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)不依賴先進(jìn)工藝的持續(xù)迭代路線的原因。
當(dāng)下，CoWoS技術(shù)主要由臺(tái)積電掌握，其短期內(nèi)對(duì)于CoWoS技術(shù)的演進(jìn)路線，是從CoWoS-S轉(zhuǎn)向更具潛力的CoWoS-L技術(shù)，后者在靈活性、經(jīng)濟(jì)性等方面較前者更優(yōu)。更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為CoPoS技術(shù)將會(huì)是CoWoS技術(shù)的未來(lái)。
Manz集團(tuán)亞洲區(qū)銷售副總經(jīng)理簡(jiǎn)偉銓表示，“相較于傳統(tǒng)封裝方式，面板級(jí)封裝提供了更大的生產(chǎn)靈活性、可擴(kuò)展性和成本效益，同時(shí)能夠在一次封裝過(guò)程中處理更多的芯片，顯著提高了封裝效率和芯片產(chǎn)能，能有效緩解CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能吃緊，導(dǎo)致AI芯片供應(yīng)不足的問(wèn)題?！?/p>
CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）屬于晶圓級(jí)封裝，其將芯片堆疊起來(lái)再封裝于基板上，最終形成 2.5D、3D 的形態(tài)，能減少芯片空間，還可降低功耗和成本。而CoPoS （Chip-on-Panel-on-Substrate）可以看作是CoWoS的面板化解決方案。
盡管在稱謂上只是將CoWoS的wafer（晶圓）換成panel（面板），但實(shí)際上涉及調(diào)整的地方非常多。如基板的形狀從圓形變?yōu)榉叫?，硅中介層可替換成玻璃中介層或板級(jí)封裝RDL材料中介層、BT基板可替換成玻璃基板，在各種互連架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的再分配層，包括RDL interposer (CoWoS-R/ CoWoS-L)和玻璃芯基板上的RDL（玻璃版的FC-BGA）。
02、被提上日程的玻璃基板
從上面可以看出，玻璃基板對(duì)于CoPoS 工藝非常重要。
事實(shí)上，因具備低熱膨脹系數(shù)、高機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫性、高布線密度等特點(diǎn)，玻璃基板被視為半導(dǎo)體下一代基板解決方案。早在去年9月份，英特爾便公開(kāi)宣布其在玻璃核心基板方面的努力。英特爾表示該技術(shù)將重新定義芯片封裝的邊界，為數(shù)據(jù)中心、人工智能和圖形處理提供具有突破性的解決方案，推動(dòng)摩爾定律的進(jìn)一步發(fā)展。
Manz集團(tuán)亞洲區(qū)總經(jīng)理林峻生向芯師爺表示，實(shí)際上，產(chǎn)業(yè)界對(duì)于玻璃基板的研究超過(guò)了十年，然而一直沒(méi)能量產(chǎn)落地，之所以如此，是因從技術(shù)落地到真正的工業(yè)化量產(chǎn)之間的難度非常大。在英特爾帶頭亮出玻璃基板技術(shù)后，業(yè)界對(duì)于這個(gè)議題非常感興趣，大家都認(rèn)為只要加大對(duì)于技術(shù)的投入，便有機(jī)會(huì)在這方面取得突破。在這個(gè)情況之下，很多企業(yè)加入到這個(gè)賽道當(dāng)中，不局限于封測(cè)、IDM企業(yè)，還包括原本做顯示面板、做載板的公司。“在大量的投入之下，我們預(yù)期這會(huì)縮短玻璃載板量產(chǎn)落地的時(shí)間，或許三四年之后就能看到比較清晰的進(jìn)程?！?/p>
玻璃基板生產(chǎn)工藝包括前端切磨拋、TGV、半加成、電鍍、PVD、CMP、多層RDL等工序，其中TGV 玻璃通孔技術(shù)為玻璃基板技術(shù)難點(diǎn)，最主要的問(wèn)題是玻璃材料缺乏類似于硅的深刻蝕工藝。TGV通孔的制備需要滿足高速、高精度、窄節(jié)距、側(cè)壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求。激光誘導(dǎo)刻蝕是目前最有大規(guī)模使用前景的工藝。
此外，玻璃基板和中介層的制造仍存在不小的技術(shù)挑戰(zhàn)。Manz集團(tuán)亞洲區(qū)研發(fā)部協(xié)理李裕正博士表示，玻璃載板的生產(chǎn)模式跟傳統(tǒng)載板不一樣。在采用激光鐳射處理時(shí)，能量不能太高，否則會(huì)裂。而且，“有些裂紋甚至很難發(fā)現(xiàn)。所以在做密度高的線路時(shí)就會(huì)比硅更難?！崩钤Ｕ€強(qiáng)調(diào)，玻璃非常易碎，有可能在傳輸過(guò)程中因?yàn)闄C(jī)械震動(dòng)而出現(xiàn)破裂情況。這意味著傳統(tǒng)晶圓廠中采用天車等運(yùn)輸晶圓的方式能否在玻璃基板上沿用有待觀察。
盡管玻璃基板相應(yīng)技術(shù)不算成熟，但業(yè)界對(duì)其未來(lái)一直看好。在這方面大手筆投入的不僅英特爾，三星、臺(tái)積電等企業(yè)也在跟進(jìn)當(dāng)中，Manz亞智科技也有相應(yīng)的規(guī)劃。據(jù)了解，Manz亞智科技在RDL制程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了前瞻性的技術(shù)研發(fā)，投入更多研發(fā)力量，轉(zhuǎn)向以玻璃基板為基礎(chǔ)的架構(gòu)，聚焦于高密度玻璃基板與多樣化化學(xué)品等制程材料的合作開(kāi)發(fā)與制程設(shè)備整合設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)針對(duì)不同類型、不同厚度的玻璃達(dá)成內(nèi)接導(dǎo)線金屬化制程與TGV玻璃通孔制程技術(shù)；以不同溫度控制、流態(tài)行為控制及化學(xué)藥液，有效控制玻璃通孔內(nèi)形狀配置及深寬比，滿足高縱深比的直通孔、高真圓度等制程工藝需求，以此使芯片具備更高頻寬、更大密度和更強(qiáng)散熱能力。
03、還需產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力
“玻璃基板發(fā)展得還不夠成熟，并非下游的需求不夠，反而是下游需求非常強(qiáng)，在推著產(chǎn)業(yè)鏈中上游不斷優(yōu)化技術(shù)與工藝?！崩钤Ｕ┦勘硎尽?/p>
半導(dǎo)體行業(yè)在誕生至今的幾十年里有著長(zhǎng)足的發(fā)展，其制造與封裝的工藝、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)也在這個(gè)過(guò)程中不斷地變化，其間任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或工藝的落地都不止是一家企業(yè)能夠完成的，而是需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同推進(jìn)。例如，半導(dǎo)體晶圓從200mm走向300mm，正是整個(gè)行業(yè)在付出極大努力后達(dá)成的共識(shí)，而未能達(dá)成共識(shí)的就如同450mm晶圓。
玻璃基板正在嘗試完成對(duì)傳統(tǒng)有機(jī)載板的替代，在行業(yè)的共同推動(dòng)下，這似乎成了共識(shí)，一旦技術(shù)完成突破，其商業(yè)量產(chǎn)進(jìn)程將飛速加快。而Manz亞智科技在創(chuàng)新論壇中所提到的FOPLP/CoPoS面板級(jí)封裝，則是在挑戰(zhàn)行業(yè)幾十年下來(lái)形成的行業(yè)習(xí)慣。
不過(guò)，隨著技術(shù)的成熟，有著優(yōu)越電氣性能、信號(hào)傳輸完整性的玻璃基板和在靈活性、經(jīng)濟(jì)效益上更加的面板級(jí)封裝將會(huì)在行業(yè)內(nèi)得到普及，在下游需求的有效推動(dòng)下，也會(huì)有更多企業(yè)加入到其中，并將之作為行業(yè)共識(shí)來(lái)普及。
Manz集團(tuán)亞洲區(qū)總經(jīng)理林峻生指出：“為了提供客戶全方位及多元的RDL生產(chǎn)制程設(shè)備解決方案，迎接AI芯片面板級(jí)封裝的快速成長(zhǎng)商機(jī)，我們積極整合供應(yīng)鏈伙伴，在制程、設(shè)備、材料使用上積極布局，并在我們廠內(nèi)建置試驗(yàn)線，為客戶在量產(chǎn)前進(jìn)行驗(yàn)證。面板級(jí)封裝將是下一代封裝的新勢(shì)頭， Manz亞智科技從 300mm 到 700mm的 RDL生產(chǎn)制造設(shè)備擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，從我們技術(shù)核心延伸實(shí)施到不同封裝和基板結(jié)構(gòu)，確保了客戶在先進(jìn)封裝制程上的靈活性?！?/p>
在本次創(chuàng)新論壇上，Manz亞智科技便邀請(qǐng)了云天半導(dǎo)體、三疊紀(jì)、佛智芯、森丸電子、矽磐微電子等企業(yè)專家共同探討CoPoS、板級(jí)封裝、玻璃基板等生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展?jié)撃?。?jù)了解，目前Manz亞智科技單板型PLP RDL技術(shù)已通過(guò)L/S 15μm/15μm 的驗(yàn)證，并處于量產(chǎn)階段。輸送機(jī)類型（直列式）PLP RDL技術(shù)已通過(guò)L/S 5μm/5μm 的驗(yàn)證，也適用于小批量生產(chǎn)。CoPoS技術(shù)中針對(duì)RDL增層工藝搭配有機(jī)材料和玻璃基板的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)正在建設(shè)中。
