全球板級(jí)封裝部署加速，TGV技術(shù)值得關(guān)注

2023年，受到下游需求不景氣以及地緣政治等因素影響，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)陷入下滑周期，相關(guān)供應(yīng)鏈面臨多重挑戰(zhàn)。

2024年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)都在期待一場(chǎng)“復(fù)蘇”，確實(shí)經(jīng)過周期性調(diào)整，消費(fèi)電子、存儲(chǔ)、被動(dòng)器件等多個(gè)領(lǐng)域“筑底”已基本完成，并出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性回暖跡象。

根據(jù)IDC 2024年的最新報(bào)告顯示，預(yù)測(cè)2024 年半導(dǎo)體市場(chǎng)將增長(zhǎng) 20%，其主要驅(qū)動(dòng)力來自內(nèi)存回升和全行業(yè)庫(kù)存調(diào)整解決方案。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，由于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向AI、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)建設(shè)、汽車、HBM 和小芯片，2029年全球半導(dǎo)體產(chǎn)值將接近1萬(wàn)億美元。

圖 | 半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)測(cè)，來源：IDC 2024，亞智科技

AI拉動(dòng)算力需求,先進(jìn)封裝乘勢(shì)而起

在AI、HPC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的催化下，先進(jìn)封裝乘勢(shì)而起，封裝技術(shù)從二維轉(zhuǎn)向三維，從最初的封裝元件轉(zhuǎn)向封裝系統(tǒng)。

提到先進(jìn)封裝就不得不提到RDL（Redistribution Layer，重布線層），而RDL在大部分場(chǎng)景下的目的都是Fan Out （扇出），以實(shí)現(xiàn)更輕薄、更多的IO接口、更好的電性能。

根據(jù)Yole 2022年12月發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全球扇出型封裝產(chǎn)值預(yù)計(jì)將在2028年達(dá)到38億美元， 2022-2028年復(fù)合年增長(zhǎng)率為12.5%。其中，FOPLP（扇出型板級(jí)封裝）占據(jù)了整個(gè)扇出型封裝市場(chǎng)約5-10%的市場(chǎng)，并且未來幾年還將不斷增長(zhǎng)。

圖 | 全球扇出型封裝市場(chǎng)規(guī)模，來源：Yole，亞智科技

雖然，在扇出型封裝技術(shù)中，F(xiàn)OWLP（扇出型晶圓級(jí)封裝）依舊是主流，但未來隨著芯片越做越大，比如英偉達(dá)最新發(fā)布的B200就有半個(gè)巴掌大，F(xiàn)OWLP小于85%的面積使用率就成了短板，單位晶圓可放置的芯片數(shù)量遠(yuǎn)小于FOPLP。因此，在產(chǎn)品面世時(shí)間和成本的多維度考量下，芯片設(shè)計(jì)和制造企業(yè)在封裝技術(shù)的選擇上，正在逐漸由FOWLP部分轉(zhuǎn)向FOPLP。

根據(jù)Manz集團(tuán)亞洲區(qū)總經(jīng)理林峻生的介紹，目前半導(dǎo)體OSAT（外包半導(dǎo)體組裝測(cè)試廠商）、IDM（集成器件制造商）、晶圓代工廠（Foundry）、PCB廠、載板廠和面板廠都在試圖從FOPLP技術(shù)中尋求機(jī)遇，并進(jìn)行了相應(yīng)投資。但相對(duì)來說，IDM對(duì)自己的產(chǎn)品規(guī)格是自主可控的，他可以進(jìn)行快速嘗試，并得出與傳統(tǒng)封裝的產(chǎn)品單價(jià)成本對(duì)比結(jié)論，當(dāng)看到可以切切實(shí)實(shí)地降低成本后，就會(huì)持續(xù)投入，一旦起量，成本優(yōu)勢(shì)相當(dāng)可觀，所以IDM是是推進(jìn)速度最快的。

RDL先進(jìn)制程正在加速全球板級(jí)封裝部署和生產(chǎn)

前面提到RDL是扇出型封裝的核心，因此得到了業(yè)界普遍的關(guān)注。那么到底什么是重布線制程呢？

RDL重布線層是將原設(shè)計(jì)的IC線路接點(diǎn)位置(I/O pad)，透過晶圓級(jí)金屬布線制程和凸塊制程來改變其接點(diǎn)位置，使IC能應(yīng)用于不同的元件模組。

圖 | 板級(jí)重布線層工藝應(yīng)用示意，來源：亞智科技

而對(duì)于板級(jí)封裝來講，RDL的概念也是類似的，它的作用是改變線路I/O原有設(shè)計(jì)，增加原有設(shè)計(jì)的附加價(jià)值，加大I/O的間距，提供較大的凸塊面積，降低基板與元件間的應(yīng)力，增加元件的可靠性，同時(shí)RDL還可以取代部分IC線路設(shè)計(jì)，加速IC開發(fā)進(jìn)程。不過相比晶圓級(jí)封裝RDL，板級(jí)封裝RDL則是把原來在晶圓上的重布線工作放到了IC載板上。

不過值得一提的是，未來FOPLP若全面走向RDL First，需要的RDL是非常精密的，包括如何形成高膜厚均勻性且高分辨率的RDL層，銅互聯(lián)要實(shí)現(xiàn)微納或者納米級(jí)別的組織調(diào)控，采用自由取向的再布線技術(shù)等都存在較高的挑戰(zhàn)。

TGV正在重塑IC載板市場(chǎng)格局

伴隨著于人工智能、5G和汽車領(lǐng)域的需求高增長(zhǎng)，全球IC載板市場(chǎng)規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。根據(jù)Preismark和Yole 2023年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)測(cè)2023-2027年全球IC載板市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到11.94%。

圖 | 全球IC載板市場(chǎng)規(guī)模，來源：Preismark，Yole，亞智科技

提到IC載板，就不得不提一下近期的熱點(diǎn)，英特爾于 2023 年 9 月 19 日宣布推出業(yè)界首款用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板，并計(jì)劃在2026-2030年間量產(chǎn)，被導(dǎo)入到需要較大封裝體積的數(shù)據(jù)中心、AI及繪圖處理等相關(guān)應(yīng)用，讓以玻璃基板封裝的高運(yùn)算芯片效能得以全力發(fā)揮。

這一計(jì)劃的宣布直接引爆了業(yè)界對(duì)TGV的關(guān)注。那么，什么是TGV呢？

TGV（Through Glass Via）中文譯為玻璃通孔，即穿過玻璃基板的垂直電氣互連。TGV 以高品質(zhì)硼硅玻璃、石英玻璃為基材，通過種子層濺射、電鍍填充、化學(xué)機(jī)械平坦化、RDL再布線，bump工藝引出實(shí)現(xiàn)2.5D/3D互聯(lián)，因此被視為下一代先進(jìn)封裝集成的關(guān)鍵技術(shù)。

對(duì)此，Manz集團(tuán)亞洲區(qū)研發(fā)部協(xié)理李裕正博士表示：“與傳統(tǒng)的有機(jī)基板相比，玻璃具有獨(dú)特的性能，例如玻璃基板具備超高平坦度、更佳的電氣性能、更高散熱性和更佳的尺寸穩(wěn)定性，有望進(jìn)一步提高基板互連密度。同時(shí)，TGV為昂貴的硅技術(shù)提供了一種成本更低、 電氣損耗更低的替代方案。不過，當(dāng)前TGV主要是用作先進(jìn)載板結(jié)構(gòu)之玻璃芯，暫時(shí)還沒有成熟的工藝來用TGV替代中介層，雖然未來不是沒有可能，但還有很長(zhǎng)的路要走。”

圖 | 玻璃芯 VS 玻璃中介層，來源：亞智科技

從市場(chǎng)應(yīng)用機(jī)會(huì)來看，TGV將會(huì)先導(dǎo)入先進(jìn)載板中之玻璃芯結(jié)構(gòu)，以用于AI、HPC、HF RF、IPD等領(lǐng)域。此外，TGV的先進(jìn)載板雖然具有眾多優(yōu)點(diǎn)，初期將部分取代IC載板市場(chǎng)，但在成本上暫時(shí)還是相對(duì)較高的，所以未來很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都會(huì)與傳統(tǒng)有機(jī)基板共存，市場(chǎng)相互補(bǔ)充。

FOPLP封裝發(fā)展升級(jí)，需要高效的生產(chǎn)設(shè)備

FOPLP封裝技術(shù)的發(fā)展升級(jí)，離不開RDL制程，而精密的RDL與半導(dǎo)體制造企業(yè)所使用的生產(chǎn)設(shè)備和工藝關(guān)聯(lián)度很大。

在2024 Semicon China展會(huì)上，我們看到Manz亞智科技（后面簡(jiǎn)稱“亞智科技”）正在擴(kuò)大RDL 研發(fā)版圖。

眾所周知，亞智科技在化學(xué)濕制程（洗凈、蝕刻、通孔工藝設(shè)備）、自動(dòng)化及電鍍等生產(chǎn)設(shè)備解決方案領(lǐng)域已經(jīng)深耕近40年，并為全球十大載板廠及面板廠提供穩(wěn)定量產(chǎn)的有力支持。近年來，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的茁壯成長(zhǎng)，基于在有機(jī)材料上發(fā)展的RDL技術(shù)，以及多年在傳輸玻璃載板領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，亞智科技又進(jìn)軍半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，在推進(jìn)全球板級(jí)封裝的部署和生產(chǎn)方面貢獻(xiàn)不少。

對(duì)此，Manz 集團(tuán)亞洲區(qū)銷售副總經(jīng)理簡(jiǎn)偉銓表示：“Manz RDL 制程設(shè)備解決方案可無(wú)縫整合化學(xué)濕制程工藝前后制程，并確保電鍍后的基板表面均勻性最高可達(dá)95%，銅厚度超過 100 μm。 這不僅提高了芯片密度，還改善了散熱性?！?/p>

圖 | Manz 電鍍?cè)O(shè)備可依據(jù)客戶制程需求，實(shí)現(xiàn)單、雙面電鍍，加速產(chǎn)速，來源：亞智科技

具體來講，Manz RDL 制程設(shè)備解決方案具有以下特色：

• 電鍍?cè)O(shè)備并支持高達(dá)10 ASD的高電鍍電流密度，提高整體制造能力。
• 新型的垂直電鍍銅無(wú)需使用治具，透過專利的整機(jī)設(shè)計(jì)即可完成單面電鍍銅制程，可節(jié)省治具的購(gòu)置與維護(hù)成本，還能實(shí)時(shí)監(jiān)控制程中的電鍍藥水成分，確保制程的穩(wěn)定與高效。
• 多分區(qū)陽(yáng)極設(shè)計(jì)，提升電鍍均勻性達(dá)95 %，線寬線距最小達(dá)到5μm / 5 μm。

此外，針對(duì)高深寬比需求，Manz RDL制程設(shè)備可完整完成清洗、蝕刻、通孔以及電鍍填孔的工藝任務(wù)，搭配自動(dòng)化設(shè)備，可提供整合度高的玻璃芯基材解決方案，達(dá)成大于100um的高真圓度通孔，優(yōu)化器件電力與訊號(hào)傳輸，提升芯片效能。