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业界都看好的板级扇出封装 RDL将是其成败的关键

来源:爱集微

#Manz#

#亚智科技#

11-05 16:34

扇出型封装是先进封装最具代表性的技术之一,随着其向多芯片、3D SiP等方向发展,正越来越多地被应用在5G、AIoT和HPC等领域中。

扇出型封装有两大分支:扇出型晶圆级封装(FOWLP,下文简称晶圆级封装)和扇出型板级封装(FOPLP,下文简称板级封装)。作为后起之秀的板级封装,由于面板的大尺寸和更高的载具使用率(95%),带来了远高于晶圆级封装的规模经济效益。而作为其核心的RDL(Redistribution Layer,重布线层)技术,也得到了业界更多的关注。

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承上启下的RDL

板级封装借鉴了晶圆级封装的思路和技术,但采用了更大的面板,因此可以量产出数倍于大尺寸晶圆芯片的封装产品。而且,其基板选材更加灵活,可以采用液晶面板用的玻璃基板或是安定性较佳的金属基板。

深圳中科四合科技有限公司CTO丁鲲鹏表示:“在发展晶圆级封装的时候,有人想到既然可以在晶圆上面直接做封装,如果把晶圆换成面板,用面板的设备也可以做同样的事情,于是就开发出了板级封装。”

与晶圆级封装相同,板级封装可以将封装前后段制程整合进行,可以被视为完整的封装制程,因此可大幅降低生产与材料等各项成本。举例而言,板级封装采用了如24×18英寸(610×457mm)的PCB载板,其面积大约是12英寸晶圆的4倍,就相当于一次制程下可以量产出4倍于12英寸晶圆的封装产品。巨大的成本优势促使了全球各大封装业者的加入,三星机电、日月光等均积极投入到板级封装制程技术中。

板级封装与晶圆级封装各有擅长,CPU、GPU、FPGA等大型芯片多用晶圆级封装,APE、PMIC等主要以板级封装为主。不过,通过RDL技术将不同的芯片整合在单一封装体中,可以使板级封装实现更细线宽线距,达到与晶圆级封装相同的效果。

高精密设备制造商Manz亚智科技技术处长李裕正表示,印刷电路板最小的线宽尺寸大概可以做到35μm,但是在IC制造方面来讲已经到5nm,在芯片面积不断微缩的情况下,要实现芯片与PCB板的连接,就必须有一些互联的技术来弥补两者的差距,RDL技术就是其中之一。

图 板级RDL工艺的发展

RDL技术的核心是在晶圆表面沉积金属层和介质层并形成相应的金属布线图形,来对芯片的 I/O 端口进行重新布局,将其布置到新的、节距占位可更为宽松的区域。

能制作高品质的精细线路是RDL的强项。李裕正指出,IC载板在发展精细线路上的良率很低,但是RDL工艺制作的线宽符合晶圆和板级封装1~10μm之间的范围。同时,RDL层使用了高分子聚合物(Polymer)为基础的薄膜材料来制作,可以取代硅中介层跟封装载板,不仅省下大量成本,也让芯片的封装厚度明显降低。

设备的支撑将是关键

芯片先装/面朝下(Chip-first/face-down)、芯片先装/面朝上(Chip-first/face-up)和芯片后装(RDL first)是扇出型封装的三大类型。

图 RDL first和Chip first

如果要发展板级封装,封装行业会更倾向于RDL First工艺,其非常适合进行精细布线,但其面临的挑战远比Chip First工艺来得高。

与Chip-first工艺相比,RDL First工艺的材料必须经过更多道工艺步骤,而且会接触到更多化学品,因此在制作过程中遇到污染或加工失败导致不良品出现的机率更高。换言之,针对RDL First,封装厂必须跟产业上下游进行紧密的配合,确保材料、设备和工艺的参数相互匹配,才能拥有很高的良率。

随着布线精度的提高,RDL的进一步精细化也会带来挑战。厦门云天半导体科技有限公司董事长于大全认为,要让RDL进一步精细化,当前使用的铜布线就需要实现微纳或纳米级别的结构调控,采用能自由取向的技术。因此,在满足成本考量和精细化需求的同时如何保证可靠性也是一大考验。

从工艺细节上来看,RDL给板级封装也带来一些具体的问题。“现在99%的晶圆都是面向传统封装来设计生产加工的,所以晶圆上的焊盘大部分是适应于打线的铝焊盘,但在进行扇出型封装时,铝金属并不友好,所以要将其替换掉。”丁鲲鹏认为RDL呈现两种走向:第一个是变换原有的焊盘尺寸,第二就是变换原有焊盘的金属材质。”

丁鲲鹏进一步指出,这些变化会带来加工尺寸中的开窗大小,对金属层厚度的掌控,铜导线跟铝焊盘结合的可靠性等一系列问题。

针对这诸多实际问题,李裕正认为关键是扇出型封装和RDL为业界的新需求,设备规格尚未有共同标准,例如面板尺寸、工艺条件等。解决之道就是配合客户需求而提供最适合的定制化机台设计,做到具体问题具体解决。

首先是在设备上针对问题进行优化设计。以Manz亚智科技为例,针对板级封装生产工艺中出现关系到产能及制程良率的载板翘曲问题,提供输送类型的湿法制程设备,采用独特的载板翘区压制设计,得以保证载板在传输过程维持平整,减少破片率。

为了延长化学品使用寿命,降低耗用量,Manz亚智科技会通过特殊喷嘴配置及喷盘摆动机制达到化学品精准流量及温度控制,可搭配在线实时浓度监控系统,进行新化学液添加,不仅确保制程对均一性的高标准需求,更达到降低成本的综效。

为了应对基板重量增加,李裕正表示,“ Manz亚智科技专门开发了无治具的模组,可以让基板直接密合到反应槽上,而不需要另外承载的治具,大幅缩减了传输系统的承重。”

在工艺制程方面,Manz亚智科技通过自有专利来实现优化。在容易与基板接触的部分,Manz亚智科技可以在短时间内可以完成显影、剥膜及蚀刻工艺,使电镀均匀性达到90%以上。此外,在细线路制作上面,Manz亚智科技也可以提供给客户一些特殊需求的设计制作。

李裕正还指出客户对RDL解决方案提供商最大需求,就是提供一个能够指导生产制造的规划,避免生产中的波动造成制程上的变异。“以亚智科技来说,现在可以提供完整的板级RDL制程规划,覆盖生产制造的全过程。”

扇出型的晶圆级封装目前领先于板级封装,丁鲲鹏认为最大的原因就是其设备精度要远高于板级所用的设备。如果板级封装和RDL要进一步升级,封装厂必须要和设备厂携手前行。(校对/Andrew)

责编: 轶群

李延

作者

微信:Glxy523

邮箱:lixy@lunion.com.cn

作者简介

集微网记者,关注半导体投资、晶圆制造、IC设计、AI等领域

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