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先進(jìn)封裝技術(shù)正迅速成為人工智能和高性能計(jì)算時(shí)代的核心推動(dòng)力，這主要得益于三大支柱的融合：面板級(jí)封裝 (PLP)、后端設(shè)備創(chuàng)新和集成電路基板。隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加和基于芯片的架構(gòu)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的晶圓級(jí)封裝方法正逐漸達(dá)到其極限。這種轉(zhuǎn)變正推動(dòng)行業(yè)邁向新的制造模式，重塑成本結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)化和供應(yīng)鏈動(dòng)態(tài)。

Yole Group的分析師強(qiáng)調(diào)了三個(gè)關(guān)鍵信息：PLP是實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比大尺寸集成的途徑；后端設(shè)備是提升性能和可擴(kuò)展性的戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)力；IC基板既是當(dāng)今生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵推動(dòng)因素，也是瓶頸所在。這些趨勢(shì)共同反映了半導(dǎo)體行業(yè)更廣泛的架構(gòu)轉(zhuǎn)變。

面板級(jí)封裝加速人工智能和高性能計(jì)算的擴(kuò)展

面板級(jí)封裝 (PLP) 正逐漸成為半導(dǎo)體系統(tǒng)的關(guān)鍵推動(dòng)技術(shù)，這主要得益于人工智能 (AI) 和高性能計(jì)算 (HPC) 的快速發(fā)展。隨著基于芯片組的架構(gòu)和異構(gòu)集成成為主流，封裝尺寸持續(xù)增大，尤其是在 AI 加速器和數(shù)據(jù)中心處理器領(lǐng)域。這些大型系統(tǒng)需要先進(jìn)的 2.5D 中介層和高端 IC 基板。然而，由于更大的中介層會(huì)減少每片晶圓上可容納的封裝數(shù)量，因此晶圓級(jí)封裝的效率正變得越來(lái)越低。

PLP（封裝級(jí)封裝）利用更大的載流子尺寸來(lái)提高面積利用率和制造效率，提供了一種極具吸引力的替代方案。對(duì)于大尺寸封裝，與WLP（晶圓級(jí)封裝）相比，PLP可以顯著提高載流子效率，從而使2.5D中介層解決方案的成本降低10-20%。這使得PLP在人工智能和高性能計(jì)算（HPC）應(yīng)用領(lǐng)域尤為具有吸引力，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，性能和成本擴(kuò)展都至關(guān)重要。

市場(chǎng)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)2025年?duì)I收將超過(guò)3億美元，未來(lái)幾年還將快速增長(zhǎng)。臺(tái)積電計(jì)劃于2029年左右攜其CoPoS技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)，預(yù)計(jì)將成為一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，加速先進(jìn)人工智能軟件包的普及應(yīng)用。

PLP技術(shù)的發(fā)展與設(shè)備和IC基板生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)步密切相關(guān)。設(shè)備供應(yīng)商正在改進(jìn)工具以支持更大尺寸的面板，而基板和材料廠商則在探索新的解決方案，以實(shí)現(xiàn)基于面板的中介層。與此同時(shí)，來(lái)自LCD和PCB行業(yè)的公司也開(kāi)始進(jìn)入PLP價(jià)值鏈。盡管PLP技術(shù)潛力巨大，但在工藝成熟度、面板標(biāo)準(zhǔn)化和大尺寸制造方面仍然存在挑戰(zhàn)。

多年來(lái)，芯片制造的重心幾乎完全放在前端工藝技術(shù)上。然而，這種情況正在迅速改變。后端設(shè)備正在超越其傳統(tǒng)的輔助角色，不再僅僅是半導(dǎo)體制造的最后一步。

人工智能和高性能計(jì)算的需求正推動(dòng)設(shè)備制造商采用帶寬更高、能效更高、邏輯和內(nèi)存集成度更高的架構(gòu)。這些需求促使高帶寬內(nèi)存（HBM）、基于芯片組的設(shè)計(jì)和異構(gòu)集成成為主流，極大地提升了組裝、鍵合、單片和檢測(cè)設(shè)備在戰(zhàn)略上的重要性。

這種轉(zhuǎn)變?cè)谙冗M(jìn)的互連鍵合解決方案中尤為明顯，隨著互連密度的提高和封裝架構(gòu)要求的日益提高，熱壓鍵合 (TCB) 和混合鍵合正成為關(guān)鍵技術(shù)。HBM 技術(shù)不斷提升堆疊精度、熱穩(wěn)定性和良率控制的標(biāo)準(zhǔn)。芯片組架構(gòu)需要更精確的芯片放置和更可靠的互連形成，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的封裝設(shè)計(jì)，尤其是在架構(gòu)朝著更高 I/O 密度和更苛刻的中介層及基板設(shè)計(jì)發(fā)展時(shí)。

BESI、ASMPT、Hanmi、Kulicke 和 Soffa (K&S) 等供應(yīng)商正日益調(diào)整其產(chǎn)品路線圖，以滿足下一代封裝的要求。在下一代封裝中，TCB 已成為提高吞吐量、降低成本和最終器件性能的關(guān)鍵因素，而混合鍵合正在成為下一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

BESI與其合作伙伴應(yīng)用材料公司已成為該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。此次合作也體現(xiàn)了一個(gè)更廣泛的趨勢(shì)：前端和后端技術(shù)的融合將推動(dòng)下一代技術(shù)范式的實(shí)現(xiàn)。

面板級(jí)加工的價(jià)值在于設(shè)備供應(yīng)商能否在不影響成品率的前提下，將精度和工藝控制擴(kuò)展到更大尺寸。這不僅僅是降低成本的問(wèn)題，更是在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保持先進(jìn)包裝應(yīng)用所需的對(duì)準(zhǔn)精度、翹曲控制和工藝均勻性。

因此，面板封裝的發(fā)展也與設(shè)備封裝息息相關(guān)，因?yàn)樵O(shè)備供應(yīng)商也是討論的焦點(diǎn)。事實(shí)上，向更大尺寸封裝的過(guò)渡要求后端設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的晶圓級(jí)封裝流程。這一點(diǎn)在設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)中已初見(jiàn)端倪：K&S明確將其TCB技術(shù)定位為從晶圓級(jí)封裝到面板級(jí)封裝的橋梁；ASMPT正在推廣支持PLP的貼片和工藝；DISCO則通過(guò)大型面板切割系統(tǒng)不斷擴(kuò)展面板單片化能力。

先進(jìn)的后端設(shè)備依賴于全球精密組件、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、光學(xué)元件、熱模塊、自動(dòng)化硬件和專用材料組成的網(wǎng)絡(luò)，這意味著該行業(yè)日益受到地緣政治壓力、關(guān)稅、出口管制和區(qū)域制造業(yè)不平衡的影響，這些因素都可能影響交貨時(shí)間和產(chǎn)能提升。隨著包裝需求的加速增長(zhǎng)，擁有彈性供應(yīng)鏈、強(qiáng)大的區(qū)域支持以及本地化服務(wù)和生產(chǎn)能力的公司更有可能占據(jù)更有利的地位。

C基板不僅僅是系統(tǒng)中的另一層，它們是支撐整個(gè)先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

在臺(tái)積電的CoPoS實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模，以及PLP平臺(tái)達(dá)到人工智能和高性能計(jì)算領(lǐng)域廣泛應(yīng)用所需的工藝成熟度之前，有機(jī)集成電路基板仍然不可或缺。它們是當(dāng)今領(lǐng)先的人工智能加速器、定制超大規(guī)模集成電路以及基于HBM系統(tǒng)的架構(gòu)基礎(chǔ)。

基板規(guī)格的提升速度已經(jīng)超過(guò)了行業(yè)現(xiàn)有能力的預(yù)期。基板尺寸已從2023年的100毫米躍升至短期路線圖中的200毫米以上；層數(shù)正向30層甚至更多邁進(jìn)；每個(gè)封裝的I/O連接數(shù)已達(dá)50萬(wàn)。每一次增長(zhǎng)都迫使集成電路基板制造采用更先進(jìn)的設(shè)備，并需要更高的資本支出才能跟上步伐。后端設(shè)備供應(yīng)商在芯片級(jí)解決TCB和混合鍵合的精度挑戰(zhàn)，同樣也由集成電路基板制造商在封裝級(jí)同時(shí)解決。

IC基板供應(yīng)鏈存在重大風(fēng)險(xiǎn)和脆弱性，PLP可能會(huì)繼承這些風(fēng)險(xiǎn)和脆弱性。T型玻璃纖維實(shí)際上處于壟斷市場(chǎng)，產(chǎn)能擴(kuò)張受限于熔爐建設(shè)周期，下游投資無(wú)法縮短這一周期，而標(biāo)準(zhǔn)化最早也要到2027年才能實(shí)現(xiàn)。ABF介電薄膜也面臨類似的集中風(fēng)險(xiǎn)。這些并非采購(gòu)方面的挑戰(zhàn)，而是架構(gòu)上的制約因素，決定著整個(gè)先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)如今能否快速依賴IC基板，以及未來(lái)能否快速依賴面板。

面板級(jí)封裝、后端設(shè)備演進(jìn)和集成電路基板這三大力量并非偶然匯合的獨(dú)立趨勢(shì)，而是同一架構(gòu)轉(zhuǎn)變的體現(xiàn)。它們?cè)谌齻€(gè)方面同時(shí)推進(jìn)，共同邁向一種新的制造范式，在這種范式下，集成電路基板制造和面板級(jí)工藝之間的界限將變得愈發(fā)清晰。

先進(jìn)封裝技術(shù)正進(jìn)入一個(gè)關(guān)鍵階段，系統(tǒng)級(jí)集成至關(guān)重要。隨著封裝級(jí)工藝（PLP）的成熟、后端設(shè)備的演進(jìn)以及基材限制的加劇，一些關(guān)鍵問(wèn)題隨之出現(xiàn)：生態(tài)系統(tǒng)能夠以多快的速度擴(kuò)展？誰(shuí)將引領(lǐng)這一轉(zhuǎn)型？

這些答案將塑造人工智能基礎(chǔ)設(shè)施的未來(lái)。讓我們繼續(xù)討論。您認(rèn)為先進(jìn)封裝領(lǐng)域的下一個(gè)瓶頸或突破點(diǎn)是什么？

面板級(jí)封裝第二波浪潮

在大型矩形面板而非圓形晶圓上加工半導(dǎo)體封裝的想法已經(jīng)流傳多年，期間曾多次引起關(guān)注，但隨著實(shí)際困難超過(guò)預(yù)期收益而逐漸被擱置。然而，最終實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的壓力正在不斷增加。

人工智能加速器和高性能計(jì)算組件的體積越來(lái)越大，晶圓級(jí)的經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)始難以滿足這些面積需求。與其說(shuō)是行業(yè)主動(dòng)選擇面板，不如說(shuō)是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)變革推動(dòng)著行業(yè)朝著面板化的方向發(fā)展。

“如今，封裝對(duì)于持續(xù)擴(kuò)展產(chǎn)品規(guī)模的重要性不亞于其他任何因素，” Lam Research全球產(chǎn)品集團(tuán)高級(jí)副總裁Sesha Varadarajan在最近的一次主題演講中表示?！跋冗M(jìn)的封裝技術(shù)將所有類型的器件整合在一起，而封裝規(guī)模的擴(kuò)展不僅僅像通常認(rèn)為的那樣是為了提高I/O密度。它還意味著要集成新型架構(gòu)，未來(lái)可能還會(huì)包括硅光子學(xué)。”

支持更大尺寸的理由

面板級(jí)加工的經(jīng)濟(jì)效益顯而易見(jiàn)。對(duì)于大型、昂貴的AI和HPC封裝而言，主要的成本驅(qū)動(dòng)因素并非硅片本身（硅片本身價(jià)格昂貴且密度高），而是圍繞其構(gòu)建的襯底和組裝基礎(chǔ)設(shè)施。基于晶圓的加工限制了單次運(yùn)行可處理的單元數(shù)量，而隨著模塊尺寸接近甚至最終超過(guò)光刻膠的限制，這種限制的成本將變得越來(lái)越高。

隨著封裝尺寸的增大，每片300mm晶圓上可容納的單元數(shù)量減少，邊緣損耗增加，且每個(gè)加工步驟的成本被分?jǐn)偟礁俚目射N售封裝上。其結(jié)果是，隨著模塊面積的擴(kuò)大，晶圓級(jí)經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)惡化。面板加工通過(guò)用總面積大數(shù)倍的矩形基板取代圓形晶圓中介層來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，從而提高了每次加工的單元數(shù)量，并更有效地分?jǐn)偭斯潭ǔ杀尽?/p>

SavanSys總裁Amy Lujan在最近的一次演講中表示：“普遍的共識(shí)是，我們正處于面板扇出技術(shù)的第二波浪潮中。最初，人們對(duì)面板封裝的興趣主要集中在標(biāo)準(zhǔn)扇出方案上，即在大面板上使用類似的封裝方式。而現(xiàn)在，高性能計(jì)算（HPC）和人工智能（AI）芯片的需求促使我們都開(kāi)始關(guān)注面板扇出技術(shù)，以用于更先進(jìn)的工藝流程?！?/p>

盧揚(yáng)的成本模型專門(mén)針對(duì)310mm x 310mm范圍內(nèi)的面板尺寸，這比晶圓級(jí)封裝尺寸有了顯著提升，而無(wú)需完全過(guò)渡到已提出的最大面板尺寸。這些中間尺寸目前正受到廣泛關(guān)注，反映出隨著封裝復(fù)雜性的增加，可實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。為下一代人工智能加速器設(shè)計(jì)的封裝成本高昂，即使每次處理運(yùn)行的單元數(shù)量只有適度的提升，也足以證明對(duì)新工藝開(kāi)發(fā)的大量投資是合理的。

經(jīng)濟(jì)論證無(wú)法解決，而業(yè)界也越來(lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，面板級(jí)處理的復(fù)合挑戰(zhàn)不能僅僅依靠晶圓級(jí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)擴(kuò)展。

壓力下的玻璃

玻璃作為面板級(jí)基板應(yīng)用的候選材料備受關(guān)注。它的熱膨脹系數(shù)可以與硅非常接近，表面平整光滑，足以支持細(xì)間距加工，而且其光學(xué)透明性使其適用于某些組裝流程中至關(guān)重要的紫外或激光脫粘工藝。這些特性使得玻璃成為有機(jī)基板的理想替代品，而有機(jī)基板在尺寸穩(wěn)定性、高頻介電損耗以及大尺寸下的翹曲等方面存在諸多已知的局限性。

玻璃的問(wèn)題在于其脆性，而且隨著基材尺寸的增大，這種脆性并不會(huì)變得更容易控制。玻璃引入的大多數(shù)失效模式在理論上是可以理解的，但在實(shí)踐中卻難以消除。隨著加工工藝向面板形式發(fā)展，這一點(diǎn)尤為明顯，因?yàn)槊姘宓倪呴L(zhǎng)會(huì)增加，承受的應(yīng)力也會(huì)成倍增加，而且每個(gè)后續(xù)工序都會(huì)繼承前面工序累積的機(jī)械歷史。

初始玻璃材料的表面質(zhì)量也是一個(gè)比人們通常認(rèn)為的更為重要的變量。原材料制備或早期研磨拋光步驟中引入的微裂紋會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn)，后續(xù)加工過(guò)程可以利用這些應(yīng)力集中點(diǎn)。濕法蝕刻、熱循環(huán)和機(jī)械操作都可能引發(fā)或擴(kuò)展這些裂紋，而它們?cè)斐傻膿p傷可能要到工藝流程的后期才會(huì)顯現(xiàn)為可見(jiàn)的缺陷。

“如果初始表面質(zhì)量差，那么在整個(gè)下游工藝過(guò)程中都存在破損的風(fēng)險(xiǎn)，”P(pán)lan Optik AG晶圓級(jí)封裝和先進(jìn)封裝銷售主管Jonas Discher在最近的一次演講中表示。“我們討論的仍然是一種脆性材料。微裂紋會(huì)導(dǎo)致良率下降和可靠性問(wèn)題。”

尺寸縮放問(wèn)題加劇了這種擔(dān)憂，而且這種擔(dān)憂難以通過(guò)工程手段規(guī)避。在300毫米晶圓上可控的微裂紋，在襯底尺寸為310毫米×310毫米或更大時(shí)，會(huì)成為一個(gè)更為嚴(yán)重的變量。這是因?yàn)殡S著總邊長(zhǎng)的增加，操作次數(shù)也隨之增加，加工過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力會(huì)分布在更大且更不均勻的區(qū)域內(nèi)。

裂紋問(wèn)題不僅存在于玻璃內(nèi)部，而且遵循特定的力學(xué)規(guī)律，因此僅靠工藝調(diào)整難以解決。玻璃通孔（TGV）對(duì)于玻璃基板的電氣布線功能至關(guān)重要，而填充其中的銅在熱循環(huán)下的行為與周圍的玻璃截然不同。對(duì)失效過(guò)程的詳細(xì)表征足以解釋為什么簡(jiǎn)單的材料替換無(wú)法解決問(wèn)題。

應(yīng)用材料公司先進(jìn)封裝工藝集成工程師 Poulomi Mukherjee 在最近的一次演講中表示：“在加熱過(guò)程中，由于熱膨脹系數(shù)不匹配，銅的膨脹幅度更大，銅凹槽所在區(qū)域?qū)嶋H上成為了應(yīng)力集中點(diǎn)。裂紋就從這里開(kāi)始萌生。一旦開(kāi)始冷卻，銅就會(huì)拉扯玻璃，產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂紋沿周向擴(kuò)展?！?/p>

充分理解失效機(jī)制并能通過(guò)實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)該失效過(guò)程，是找到材料解決方案的關(guān)鍵，但這條道路并非一帆風(fēng)順。應(yīng)用材料公司測(cè)試了不同熱膨脹系數(shù) (CTE) 和模量組合的襯里材料，最終找到了一種能夠同時(shí)解決兩種失效模式的配置。高熱膨脹系數(shù)襯里無(wú)法解決原有的不匹配問(wèn)題。低熱膨脹系數(shù)襯里雖然能夠抵抗開(kāi)裂，但其高模量意味著它無(wú)法吸收產(chǎn)生的應(yīng)變能。最終有效的方案需要同時(shí)具備這兩種特性。

“如果襯墊采用高模量低熱膨脹系數(shù)的材料，雖然可以補(bǔ)償模量不匹配的問(wèn)題，但由于模量過(guò)高，襯墊無(wú)法變形來(lái)補(bǔ)償產(chǎn)生的應(yīng)力，”穆克吉解釋說(shuō)?！白罴逊桨甘遣捎玫蜔崤蛎浵禂?shù)、低模量的材料。這種材料既能補(bǔ)償熱膨脹系數(shù)的差異，又能通過(guò)低模量吸收部分應(yīng)變能。”

模型顯示，優(yōu)化后的襯墊可將關(guān)鍵應(yīng)力集中點(diǎn)的應(yīng)力降低高達(dá) 60%。該方法還能改善種子層與玻璃側(cè)壁的粘合力，從而無(wú)需額外的工藝步驟即可解決另一種常見(jiàn)的失效模式。該解決方案更廣泛地體現(xiàn)了面板級(jí)開(kāi)發(fā)現(xiàn)階段所面臨的問(wèn)題——需要對(duì)整個(gè)通孔流程中的材料特性、沉積設(shè)備和工藝順序進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。由于玻璃成分各異，因此每種解決方案都必須在生產(chǎn)中可能遇到的各種基板類型上進(jìn)行驗(yàn)證。

即使是加工過(guò)程中臨時(shí)使用的載體（而非最終封裝的永久部件），隨著面板尺寸的增大，也引發(fā)了新的工程問(wèn)題。玻璃載體可以回收并重復(fù)用于多個(gè)生產(chǎn)批次，這種假設(shè)在經(jīng)濟(jì)上很有吸引力，但其機(jī)械性能卻很脆弱。最近的研究開(kāi)始量化載體的抗損傷能力在正常使用過(guò)程中究竟會(huì)下降多少。

“我們通過(guò)對(duì)比全新和重復(fù)使用的玻璃載體，研究了扇出工藝歷史的影響，”日月光電子（ ASE）工程項(xiàng)目經(jīng)理Wiwy Wudjud表示?！斑@種對(duì)比使我們能夠評(píng)估熱暴露、機(jī)械搬運(yùn)或累積工藝應(yīng)力是否會(huì)隨著時(shí)間的推移降低邊緣完整性。重復(fù)使用的玻璃載體出現(xiàn)了碎裂和約43微米的微缺陷。這種損傷很可能是由于最終工藝和清洗步驟中的機(jī)械應(yīng)力或化學(xué)物質(zhì)暴露造成的?！?/p>

經(jīng)測(cè)量，重復(fù)使用的玻璃托架的沖擊韌性相對(duì)于新的托架顯著下降，邊緣可見(jiàn)的碎裂與托架抵抗搬運(yùn)和加工過(guò)程中常見(jiàn)沖擊力的能力直接相關(guān)。這并非意味著玻璃托架不能重復(fù)使用，而是意味著在未進(jìn)行量化邊緣完整性檢測(cè)的情況下重復(fù)使用會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，而生產(chǎn)環(huán)境尚未系統(tǒng)地解決這一風(fēng)險(xiǎn)。隨著面板尺寸的增大和托架更換成本的增加，這一差距亟待彌合。

面板級(jí)

翹曲面板級(jí)封裝中的翹曲通常被視為封裝問(wèn)題，因?yàn)樗憩F(xiàn)為成品面板的彎曲或卷曲。但問(wèn)題的根源遠(yuǎn)不止于此，它源于所選層材料的特性、聚合物對(duì)固化和熱循環(huán)的響應(yīng)、銅密度梯度如何改變堆疊結(jié)構(gòu)的剛度平衡，以及每個(gè)工藝步驟產(chǎn)生的殘余應(yīng)力如何在下一個(gè)步驟開(kāi)始前累積。在晶圓級(jí)，幾何形狀和工藝經(jīng)驗(yàn)有助于控制這種累積。但在面板級(jí)，同樣的力作用于更大的區(qū)域，結(jié)構(gòu)支撐卻更少，因此，在沒(méi)有專用材料的情況下，控制這些力的余地會(huì)大大縮小。

在面板生產(chǎn)流程中，臨時(shí)粘合層是造成翹曲變異的一個(gè)常被忽視的因素。在晶圓級(jí)加工中，臨時(shí)粘合材料經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，其在標(biāo)準(zhǔn)工藝條件下的性能具有相當(dāng)高的可預(yù)測(cè)性。然而，在面板級(jí)加工中，同樣的材料需要均勻涂覆更大的面積，在更大的機(jī)械載荷下保持厚度一致，并承受比其最初設(shè)計(jì)用于晶圓級(jí)加工的工藝流程更為嚴(yán)苛的熱變化。

“臨時(shí)粘合材料的總厚度變化直接影響減薄器件的質(zhì)量和均勻性，其變化幅度應(yīng)足夠小，以滿足此類器件（尤其是HBM DRAM芯片）所需的極薄化要求，”Brewer Science封裝解決方案業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)工程師Hamed Gholami Derami表示?！懊姘寮?jí)封裝需要具有更高熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的新型臨時(shí)粘合材料。”

臨時(shí)鍵合偏差的實(shí)際后果是，它會(huì)沿著工藝流程向前傳播，且事后難以糾正。如果鍵合層在 310mm 面板上涂覆不均勻，后續(xù)的研磨步驟將導(dǎo)致器件變薄，厚度也隨之出現(xiàn)偏差。這種偏差會(huì)影響后續(xù)鍵合步驟的對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)而影響互連良率，最終影響面板形式的經(jīng)濟(jì)效益——而這正是面板形式最初吸引人的地方。

德拉米指出，從晶圓到面板的過(guò)渡進(jìn)一步加劇了這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橐鶆虻赝扛哺蟮拿娣e更加困難，而且現(xiàn)有的材料并非為面板級(jí)工藝的機(jī)械和熱要求而設(shè)計(jì)的。

這些挑戰(zhàn)并非僅限于面板本身。玻璃面板上所需的重分布層 (RDL) 工藝對(duì)材料提出了更高的要求，幾乎達(dá)到了當(dāng)前基板級(jí)光刻技術(shù)可靠交付的極限。在目前面板級(jí) RDL 所追求的線寬和間距分辨率下，標(biāo)準(zhǔn)光刻膠材料和工藝化學(xué)方法已接近極限，而大尺寸面板所需的套刻精度也遠(yuǎn)超有機(jī)基板領(lǐng)域以往所能達(dá)到的水平。

弗勞恩霍夫可靠性與集成研究所 (IZM) 基板和面板技術(shù)組組長(zhǎng) Lars Boettcher 在最近的一次演講中表示：“我們迫切需要研究新的方案和新的光刻膠材料，以解決分辨率達(dá)到兩微米甚至更低的問(wèn)題。此外，還需要考慮新的設(shè)備，例如大型加熱板，以便在涂覆后固化這些材料?！?/p>

能夠處理更大矩形尺寸的面板級(jí)CVD和PVD設(shè)備才剛剛開(kāi)始出現(xiàn)。面板尺寸液態(tài)介電材料的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)設(shè)備尚未標(biāo)準(zhǔn)化。此外，處理面板級(jí)工藝流程產(chǎn)生的大量計(jì)量和過(guò)程控制信息所需的數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)設(shè)施本身就是一項(xiàng)意義重大的工程挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題本身都可以解決，但只有解決了這些問(wèn)題，面板尺寸所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益才能真正實(shí)現(xiàn)。

鍵合界面良率，規(guī)模化應(yīng)用

面板級(jí)芯片集成中混合鍵合技術(shù)的推廣，加劇了本已十分棘手的襯底問(wèn)題?；旌湘I合技術(shù)提供的互連密度是任何基于凸點(diǎn)的互連方式都無(wú)法比擬的，對(duì)于需要在異構(gòu)芯片陣列上實(shí)現(xiàn)高帶寬、低功耗的AI加速器而言，這種密度優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。然而，混合鍵合技術(shù)本身就存在缺陷，而面板加工過(guò)程中引入的各種變異性恰恰會(huì)加劇這些缺陷。

在混合鍵合技術(shù)的發(fā)源地——代工廠，潔凈度是工廠層面的設(shè)計(jì)參數(shù)。從空氣處理到工具表面，再到工藝化學(xué)品的純度，所有環(huán)節(jié)都圍繞著防止顆粒物破壞混合鍵合的良率而展開(kāi)。而OSAT（外包半導(dǎo)體組裝測(cè)試）工廠的設(shè)計(jì)并非基于這一假設(shè)。隨著混合鍵合技術(shù)向后端轉(zhuǎn)移，以支持基于芯片組的面板封裝，工藝要求與環(huán)境條件之間的差距必須通過(guò)其他方式來(lái)彌合。

“隨著混合鍵合技術(shù)從晶圓廠向OSAT（外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試）廠轉(zhuǎn)移，顆粒污染已成為首要問(wèn)題，”安靠公司芯片和FCBGA集成副總裁Mike Kelly表示?！皟H僅一個(gè)納米級(jí)的顆粒就足以將玻璃層剝離，并污染 晶圓上的許多芯片。在晶圓廠，環(huán)境已經(jīng)非常潔凈，但隨著技術(shù)向OSAT廠和其他公司轉(zhuǎn)移，顆粒污染就如同致命的打擊?！?/p>

設(shè)備制造商正在開(kāi)發(fā)集群式工具來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，這些工具能夠在機(jī)器內(nèi)部維持局部潔凈環(huán)境，在工具層面上達(dá)到接近晶圓廠潔凈度的標(biāo)準(zhǔn)，而無(wú)需整個(gè)工廠都達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)。這是一種可行的工程解決方案，但它增加了成本和復(fù)雜性，而且在各種面板級(jí)生產(chǎn)條件下，何為足夠的局部潔凈度這一問(wèn)題，目前尚未能從生產(chǎn)數(shù)據(jù)中得到解答。在面板級(jí)生產(chǎn)中，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，后果將更加嚴(yán)重。大型面板上的污染事件每次影響的單元數(shù)量遠(yuǎn)多于晶圓上的污染事件，因此良率損失的經(jīng)濟(jì)效益也相應(yīng)更高。

模擬尚未建成的產(chǎn)品

為尚未批量生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面板級(jí)工藝流程存在固有的困難。玻璃在面板尺度下的實(shí)際工藝條件下的材料特性尚未完全明確。工程師所依賴的仿真工具是基于晶圓級(jí)幾何形狀和工藝流程進(jìn)行驗(yàn)證的，而模型預(yù)測(cè)與生產(chǎn)結(jié)果之間的反饋回路，雖然經(jīng)過(guò)數(shù)十年的晶圓制造實(shí)踐不斷完善，但在面板尺度上才剛剛開(kāi)始積累。

面板級(jí)加工所要支持的設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使得這一挑戰(zhàn)變得尤為具體。衡量先進(jìn)封裝組件尺寸大小的一個(gè)有效指標(biāo)是光刻掩模。對(duì)于最先進(jìn)的設(shè)備而言，單次光刻曝光所能覆蓋的區(qū)域約為 26mm x 33mm。超過(guò)此面積的封裝需要將多次曝光拼接在一起，因此，設(shè)計(jì)所跨越的光刻掩模區(qū)域數(shù)量已成為衡量其規(guī)模和復(fù)雜性的一個(gè)實(shí)用指標(biāo)。

Synopsys研發(fā)執(zhí)行總監(jiān)Sutirtha Kabir表示：“設(shè)計(jì)方案正從幾個(gè)光罩場(chǎng)擴(kuò)展到更多。而且，目前正在討論的是，在本十年末，光罩場(chǎng)的數(shù)量將達(dá)到幾十個(gè)。有機(jī)中介層中已經(jīng)嵌入了數(shù)十個(gè)硅橋。這些設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，而EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）在其中扮演著至關(guān)重要的角色。”

為了更直觀地說(shuō)明這一發(fā)展軌跡，一個(gè)包含42個(gè)光罩的設(shè)計(jì)將占據(jù)大約100mm x 150mm甚至更大的面積，具體取決于布局。這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了面板尺寸的范疇，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了晶圓級(jí)工藝的經(jīng)濟(jì)承受范圍。Kabir提到的30多個(gè)嵌入式硅橋并非無(wú)關(guān)緊要的細(xì)節(jié)。每個(gè)硅橋都是一個(gè)精密放置的組件，有著各自的對(duì)準(zhǔn)要求。構(gòu)建和加工如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的累積應(yīng)力，正是當(dāng)前仿真工具在面板尺度上仍在努力精確建模的多變量問(wèn)題。

對(duì)包含30個(gè)或更多嵌入式橋接結(jié)構(gòu)在20步面板級(jí)工藝流程中的性能進(jìn)行建模，這與對(duì)300毫米晶圓進(jìn)行建模有著本質(zhì)區(qū)別。在面板級(jí)工藝流程中，每一步都會(huì)引入自身的應(yīng)力，并繼承前幾步的累積歷史。仿真庫(kù)中的標(biāo)稱材料屬性只是一個(gè)起點(diǎn)，但特定玻璃配方在特定固化和熱處理流程下的實(shí)際性能可能與這些屬性存在差異，而這些差異只有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)才能揭示。此外，制造商也不愿分享能夠提高模型精度的工藝數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)代表著來(lái)之不易的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

結(jié)論：未來(lái)工作的走向

隨著面板級(jí)包裝技術(shù)從研究階段邁向?qū)嶋H工程階段，其核心挑戰(zhàn)逐漸清晰：并非傳統(tǒng)意義上的包裝挑戰(zhàn)，而是材料和工藝整合方面的挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)恰好是在包裝的背景下得到解決的。

玻璃面板能否可靠地制造以適應(yīng)大批量生產(chǎn)，取決于表面處理、金屬化、熱循環(huán)性能以及臨時(shí)粘合材料的性能。隨著間距縮小，混合粘合的良率能否在OSAT工廠保持穩(wěn)定，則取決于污染控制、CMP工藝管理以及銅在細(xì)間距下的機(jī)械極限。這些問(wèn)題都無(wú)法孤立地解決，而那些在轉(zhuǎn)型過(guò)程中表現(xiàn)最出色的公司，正將其視為材料和工藝的整合問(wèn)題，并將封裝作為整合層，而不是將封裝問(wèn)題視為材料作為輔助因素。

推動(dòng)第二波浪潮的經(jīng)濟(jì)因素是切實(shí)存在的，而且隨著人工智能封裝尺寸的不斷增大，這些因素不會(huì)減弱。面板級(jí)處理的成本優(yōu)勢(shì)反而更加顯著，而非減弱，因?yàn)槠渌?wù)的封裝成本更高、面積更大。然而，從具有吸引力的經(jīng)濟(jì)效益到可靠的量產(chǎn)，需要克服諸多棘手的工程難題，而這些難題的解決速度取決于在尚未大規(guī)模實(shí)現(xiàn)的制造環(huán)境中積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的速度。

（來(lái)源：編譯自semiengineering）

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