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“2022年將是先進(jìn)封裝元年?！本揞^持續(xù)加碼，讓這種認(rèn)知正在成為業(yè)界共識(shí)。而這片徐徐展開的廣闊藍(lán)海，帶來(lái)的不止是新的機(jī)遇，更是新的挑戰(zhàn)，而挑戰(zhàn)者遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是代工廠和封測(cè)廠。
糧草未動(dòng)，設(shè)備先行。更高的連接密度、更精密的控制是先進(jìn)封裝領(lǐng)先于傳統(tǒng)封裝的優(yōu)勢(shì)，也對(duì)其使用的設(shè)備提出了新的要求。由于凸塊、TSV等技術(shù)的引入，先進(jìn)封裝正向前道制造工藝無(wú)限靠近，光刻機(jī)作為設(shè)備領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，在先進(jìn)封裝中，同樣扮演至關(guān)重要的作用。
在此背景下，海內(nèi)外光刻設(shè)備巨頭，均已紛紛加碼先進(jìn)封裝，而中國(guó)作為目前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移陣地，更是半導(dǎo)體封測(cè)最大產(chǎn)能國(guó)，更有領(lǐng)先的國(guó)內(nèi)光刻設(shè)備廠商作出示范。其中，芯碁微裝無(wú)掩膜直寫光刻設(shè)備WLP-8的推出，代表了國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)進(jìn)入新的征程。
先進(jìn)封裝藍(lán)海已現(xiàn) 國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)吹響前奏
芯碁微裝副總經(jīng)理曲魯杰博士表示，隨著摩爾定律走向終結(jié)，包括分辨率、功耗、傳輸速度等問(wèn)題就需要用先進(jìn)封裝來(lái)解決，晶圓級(jí)封裝，包括2.5D/3D封裝，其實(shí)都是為了解決芯片之間的互聯(lián)問(wèn)題，并且作為更高密度的芯片，對(duì)芯片性能起到關(guān)鍵性作用。
根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Yole預(yù)計(jì)，2018-2024年，先進(jìn)封裝市場(chǎng)將以8%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)至440億美元，超過(guò)同期整體封裝5%復(fù)合增長(zhǎng)率，更遠(yuǎn)高于同期傳統(tǒng)封裝2.4%的復(fù)合增長(zhǎng)率。營(yíng)收占整體封裝的比重也逐年增加，從2018年的42.1%增長(zhǎng)到2024年的49.7%。
不過(guò)，更大的市場(chǎng)也帶來(lái)了全新的技術(shù)考驗(yàn)，設(shè)備首先“應(yīng)考”。在Bumping pitch、RDL L/S不斷向更細(xì)尺寸發(fā)展的前提下，對(duì)設(shè)備的更小線寬處理、工藝精度等提出了更高要求，且由于操作更多是在晶圓層面上，因此也向前道制程設(shè)備靠近，光刻機(jī)的應(yīng)用即為典例。
資料顯示，在先進(jìn)封裝中，光刻機(jī)主要應(yīng)用于倒裝（Flip Chip，F(xiàn)C）的凸塊制作、2.5D/3D封裝的TSV技術(shù)，與在前道制造中用于器件成型不同，在先進(jìn)封裝中主要用做金屬電極接觸，另?yè)?jù)曲魯杰介紹，先進(jìn)封裝引入濕制程基本都會(huì)使用到光刻機(jī)。
VLSI預(yù)計(jì)，全球集成電路后道先進(jìn)封裝設(shè)備銷售額2023年將達(dá)到20.21億美元，2018-2023年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到4.65%，而其中光刻工藝中所需要的涂膠顯影設(shè)備同期復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)8.5%，光刻機(jī)作為光刻工藝中價(jià)值量最高的設(shè)備，其增長(zhǎng)速度由此可見一斑。
中國(guó)作為當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移的新陣地，同時(shí)也手握當(dāng)前全球封測(cè)主要產(chǎn)能，對(duì)先進(jìn)封裝以及其所需的光刻設(shè)備的需求之大毋庸置疑。曲魯杰博士指出，對(duì)于先進(jìn)封裝光刻機(jī)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)主要有兩部分市場(chǎng)，一部分是存量市場(chǎng)，一部分是增量市場(chǎng)。
對(duì)于前者，主要是既有產(chǎn)線的改造，目前國(guó)內(nèi)真正量產(chǎn)的產(chǎn)線是10um-5um的階段，隨著制程的改制，光刻設(shè)備有升級(jí)換代的可能性；對(duì)于后者，主要是新建的產(chǎn)線，主要來(lái)自于國(guó)內(nèi)幾大頭部封測(cè)廠近年來(lái)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的不斷加碼和新產(chǎn)能的投建。
需要指出的是，雖然當(dāng)前國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝在整體封裝中的占比與國(guó)外頭部廠商相比尚有差距，但從發(fā)展勢(shì)頭來(lái)看，無(wú)論是頭部企業(yè)和其他二、三線廠商發(fā)展均相當(dāng)迅猛，同時(shí)，出于性價(jià)比考慮，更多的海外廠商選擇在中國(guó)建廠，由此也帶來(lái)了對(duì)本土光刻機(jī)的需求。
此外，一種業(yè)內(nèi)觀點(diǎn)認(rèn)為，由于先進(jìn)封裝定制化程度高，靈活性更高的本土設(shè)備商將具有優(yōu)勢(shì)，因此在國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模迎來(lái)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，這一賽道也已成為國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的突破口。其中作為技術(shù)儲(chǔ)備最為深厚的頭部廠商之一，芯碁微裝此次推出WLP-8，正式吹響了號(hào)角。
直寫光刻設(shè)備優(yōu)勢(shì)凸顯 WLP-8已進(jìn)入多方驗(yàn)證
據(jù)介紹，WLP-8無(wú)掩膜直寫光刻設(shè)備應(yīng)用于晶圓級(jí)封裝、系統(tǒng)級(jí)封裝、板級(jí)封裝、功率器件、分立元件等先進(jìn)封裝和芯片制造領(lǐng)域的量產(chǎn)型直寫光刻設(shè)備，光刻精度能夠達(dá)到最小線寬2μm，產(chǎn)能30-60片/小時(shí)，支持先進(jìn)封裝及芯片制造的RDL功能，適用于中試、生產(chǎn)等量產(chǎn)線使用。
顧名思義，無(wú)掩膜直寫光刻設(shè)備與傳統(tǒng)光刻設(shè)備的最大區(qū)別就在于是否采用了掩膜版。在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，由于掩膜光刻在對(duì)準(zhǔn)靈活性、大尺寸封裝以及自動(dòng)編碼等方面存在一定的局限，泛半導(dǎo)體設(shè)備廠商近年來(lái)將激光直寫光刻技術(shù)應(yīng)用于晶圓級(jí)封裝等先進(jìn)封裝領(lǐng)域。
曲魯杰博士以扇出型封裝（Fan-Out）舉例，其步驟是把晶圓切割下來(lái)后根據(jù)封裝尺寸拼在一個(gè)基板上進(jìn)行重布線（RDL）、涂上封裝膠，首先在拼接的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生位移，使得使用掩膜版的光刻機(jī)難以精確對(duì)位，“尤其是在高精度情況下非常難做。”其次則是封裝膠容易產(chǎn)生的翹曲問(wèn)題。
Fan-Out工藝流程 圖源：日月光
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在此基礎(chǔ)上，無(wú)掩膜直寫光刻設(shè)備無(wú)需掩膜版的優(yōu)勢(shì)就凸顯了出來(lái)，尤其是當(dāng)先進(jìn)封裝向5μm及以下精度靠近時(shí)，其相較于傳統(tǒng)光刻機(jī)可以擁有更高的精度，并且可以在使用軟件偵測(cè)位移后，通過(guò)RDL，重新將裸片（die）連接起來(lái)，這樣效率和成品率都會(huì)有一定提升。
就WLP-8來(lái)說(shuō)，不但具備上述無(wú)掩膜直寫光刻設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)，并且還具有量產(chǎn)性以及獨(dú)特的RDL功能，即偵測(cè)位置后進(jìn)行RDL，運(yùn)行成本低也是WLP-8的突出特點(diǎn)。傳統(tǒng)光源可能需要3000瓦，WLP-8至少需要幾十至上百瓦，用電量較低。
另外從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，無(wú)論是Fan-Out，還是FC所需的凸塊、2.5D/3D封裝所需的TSV工藝均可應(yīng)用，甚至在凸塊技術(shù)上，還可根據(jù)位置來(lái)控制凸塊，更有特色。某種程度上來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)光刻機(jī)能做的WLP-8幾乎都可做到，且在使用上還更具備靈活性。
據(jù)了解，當(dāng)前，全球封測(cè)龍頭日月光的高端先進(jìn)封裝產(chǎn)線已采用了無(wú)掩膜直寫光刻設(shè)備，日本直寫光刻設(shè)備巨頭也均已涉足并開啟了晶圓級(jí)封裝量產(chǎn)設(shè)備，就性能指標(biāo)上來(lái)看，WLP-8最小線寬已達(dá)到2μm，與國(guó)外一線廠商相比毫不遜色，可以說(shuō)達(dá)到了世界一流水平。
據(jù)曲魯杰博士介紹，WLP-8在完成研發(fā)后，于2021年下半年開始與多個(gè)客戶進(jìn)行對(duì)接和驗(yàn)證，其中包括代工廠和封測(cè)廠，大部分為國(guó)內(nèi)企業(yè)，“一些客戶的工藝不太一樣，客戶端的軟件也不太一樣，都在做適應(yīng)性驗(yàn)證，但就本身性能上看，均能達(dá)到客戶的要求。”
曲魯杰博士認(rèn)為，隨著無(wú)掩膜直寫光刻設(shè)備效率和產(chǎn)量的不斷提高，將會(huì)有更多的廠商愿意采用，未來(lái)有很大的機(jī)會(huì)與傳統(tǒng)光刻機(jī)平起平坐，甚至超越。同時(shí)，芯碁微裝還將圍繞先進(jìn)封裝引線框架雙面曝光設(shè)備等更多的領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)，在先進(jìn)封裝領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。（校對(duì)/Stella）
