圖 1：隨著中介層尺寸的增大，面板級封裝可以更好地利用載體面積，同時減少浪費。來源：ECTC

面板還將用于制造用于先進封裝的基板。Yole 集團半導體封裝高級技術(shù)與市場分析師 Yik Yee Tan 表示：「我們了解到，臺積電將使用面板載板支持 9.5 倍光罩尺寸的 NVIDIA Rubin Ultra 封裝中介層?！惯@意味著臺積電將從 CoWoS（晶圓基板芯片）轉(zhuǎn)向 CoPoS（面板基板芯片），在類似的 300 毫米尺寸上從圓形工藝轉(zhuǎn)向方形工藝。我們認為，臺積電在 310 x 310 毫米面板上積累了經(jīng)驗，并在未來考慮更大的面板尺寸。臺積電還在努力開發(fā) 515 x 510 毫米面板。

從飛速增長的數(shù)據(jù)中，面板級封裝的前景顯而易見。Yole 估計，面板級封裝市場規(guī)模將從 2024 年（1.6 億美元，8 萬塊面板/約 33 萬片等效 300 毫米晶圓）增長四倍至 6.5 億美元，而到 2030 年，其規(guī)模將增長近三倍，達到約 22 萬塊面板。

面板尺寸取決于應用

這樣的前景吸引了顯示器和 PCB 領(lǐng)域的新參與者，這在一定程度上解釋了面板尺寸的多樣性。面板尺寸范圍從 310 x 310 毫米到 700 x 700 毫米（見圖 1）。

Onto Innovation 先進封裝戰(zhàn)略營銷部門 Monita Pau 表示：「PLP 面板尺寸的選擇取決于供應商是現(xiàn)有的顯示器制造商、IC 載板制造商還是代工廠，因為他們可能會利用現(xiàn)有的面板系統(tǒng)（這些系統(tǒng)已針對顯示器和 IC 載板市場進行了標準化）來進行 PLP。」面板級封裝可以利用當今 IC 載板、顯示器和 PCB 制造商使用的工藝工具，從而縮短面板加工工具的開發(fā)時間。

圖 2：面板尺寸按年份分布。來源：Yole Group

Onto Innovation 產(chǎn)品營銷戰(zhàn)略副總裁 Al Gamble 表示：「面板尺寸的變化可以歸因于制造商平衡所需容量、產(chǎn)量和 I/O 密度以實現(xiàn)封裝功能的離散性。」

基板廠商青睞 515 x 510 毫米尺寸。415 x 510 毫米尺寸用于醫(yī)療和工業(yè)顯示器。SpaceX 計劃在其 FOPLP 生產(chǎn)線上推出 700 x 700 毫米面板。Nepes 使用 600 x 600 毫米尺寸。與此同時，Amkor 正在為其生產(chǎn)線推出 650 x 650 毫米面板，每塊 650 毫米玻璃面板可容納 4 塊 300 x 300 毫米面板。

日月光的 Tek 最近討論了圍繞 310 x 310 毫米面板的工藝變化，并制造了一個包含 10 個芯片、10 個橋接器的裸片測試工具，其中包含高銅柱和 3 個重分布層（見圖 3）?！父鶕?jù)我們的分析，如果比較不同的中介層尺寸，300 毫米晶圓和 300 毫米面板之間的利用率差別并不大。但當光罩尺寸大于 3.5 倍時，利用率會顯著提高，面板浪費也會顯著減少。此外，對于大于 3.5 倍光罩尺寸的封裝，300 毫米面板上的中介層質(zhì)量要優(yōu)于 300 毫米晶圓上的中介層。」

圖 3：ASE 的扇出型基板上芯片模塊采用高銅柱（直徑 10μm，高 120μm）、緊密的芯片間間距以及干凈的底部填充工藝。來源：ECTC

光刻技術(shù)可補償芯片偏移

按照晶圓廠的工藝標準，RDL 線/空間特征較大，但由于模塑和其他熱工藝會導致芯片偏移，圖案化工藝十分棘手。采用補償算法的激光直接成像技術(shù)（例如 Deca 的自適應圖案化技術(shù)）可以調(diào)整多個方向上的芯片偏移?；诓竭M光刻機的光刻技術(shù)可以更輕松地調(diào)整一個方向上的芯片偏移。Deca 的技術(shù)使用高速光學掃描儀來繪制嵌入式特征的位置。然后，該軟件會為面板上的每個芯片生成最優(yōu)布局，以補償工藝與設(shè)計特征之間的錯位。之后，無掩模光刻（激光直接成像）會在合適的光刻膠中創(chuàng)建特征。

「扇出型重分布層的主要光刻曝光工具是步進式曝光機和激光直接成像 (LDI) 曝光機，」安靠科技葡萄牙公司研發(fā)總監(jiān) Eoin O'Toole 表示。「用于先進封裝的步進式曝光機配備軟件，能夠進行一定程度的步進調(diào)整，以補償芯片偏移。當然，步進式曝光機存在光罩尺寸限制，因此許多開發(fā)工作采用速度較慢、成本效益較低的激光直接成像工藝?！?/span>

「步進式光刻機在補償因溫度效應導致的芯片偏移方面效率最高，尤其是在存在明顯刻蝕的情況下，」O'Toole 說道。「LDI 系統(tǒng)相對便宜。然而，一些采用復雜算法的更先進的系統(tǒng)可能與步進式光刻機一樣昂貴，甚至更昂貴。而且 LDI 工具通常需要大量的離線測量才能完全補償芯片偏移。」

其他人也認同 LDI 的局限性。Onto Innovation 的 Gamble 表示：「基于激光的串行成像技術(shù)通常用于更大的 RDL（再布線層）。但它無法提供所需的吞吐量來支持下一代技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)，因為下一代技術(shù)需要更精細的 RDL 結(jié)構(gòu)來支持 AI 和高級計算。需要通過低 NA 步進光刻技術(shù)進行并行成像——兼容最大 250 x 250 毫米的場域尺寸，并提供>30 PPH 的吞吐量——才能滿足產(chǎn)品上的成像要求（例如疊加、CDU 和焦深）。這對于研發(fā)、良率提升和批量生產(chǎn)至關(guān)重要。反過來，這可以使總擁有成本達到基準水平，從而推動先進封裝生產(chǎn)線的上市時間和盈利能力。」

雖然激光直接成像適用于較大的 RDL，但為了達到更高分辨率 RDL 的圖案化所需的吞吐量，需要使用多個激光器來降低生產(chǎn)率損失。當需要大批量生產(chǎn)時，這種損失會更加嚴重。使用多個激光器的激光直接成像平臺容易受到拼接偏移的影響，無論是在掃描沿一個軸（例如 y 軸）傳播時陣列內(nèi)各個激光器之間的偏移，還是在掃描沿 x 軸移動時整個陣列的偏移。隨著 RDL L/S 分辨率的不斷降低，這些問題變得更加嚴重，通常會導致封裝間和面板間重復性和套對合性能不佳。

先芯片、先 RDL、先模具扇

出型封裝中正在實施幾種工藝流程（見圖 4）。

圖 4：扇出型封裝的不同工藝流程。來源：Fraunhofer IZM

先芯片（RDL 后）方法最為成熟，但它對良率的影響比后芯片更嚴重。Onto Innovations 的 Pau 表示：「先芯片工藝的優(yōu)勢在于其成熟度，這有可能降低制造成本。然而，它也面臨著顯著的挑戰(zhàn)。一個主要缺點是加工過程中芯片移位和翹曲的風險，這會使重新分布層的縮放變得復雜?！?/span>

此外，RDL 良率低會導致已知良好裸片 (KGD) 的損失，從而對整體效率和成本效益產(chǎn)生負面影響?！噶硪环矫?，在后芯片方法中，RDL 在連接 KGD 之前進行測試，從而能夠及早發(fā)現(xiàn)缺陷并提高良率，」Pau 說道?！复送?，這種方法支持更細間距的 RDL 微縮，因為它避免了通常由模塑料引起的額外翹曲。盡管有這些優(yōu)勢，但后芯片方法成本更高，并且要求將裸片極其精確地放置到載體上形成的 RDL 上，這增加了工藝的復雜性?！?/span>

其他人也同意這種觀點?！溉绻憧匆幌孪人芊狻⒚娉碌姆椒ǎ曳浅Ｏ矚g它，因為它很容易集成不同的元件，即使是來自不同供應商、焊盤金屬化程度不同的元件，」弗勞恩霍夫的 Braun 說道?！改阌幸粋€貼有離型膜的載體，然后把芯片面朝下放在離型膜上。你對大型晶圓或面板進行包覆成型，然后進行溫度控制以釋放載體。然后構(gòu)建重分布層。在這個過程中，不涉及中介層，或者你可以說 RDL 就是中介層。先 RDL 就像一種先進的柔性倒裝芯片工藝，因為你在載體上構(gòu)建 RDL，然后在其上進行倒裝芯片組裝、包覆成型、底部填充，然后從載體上剝離。通常，你還需要硅減薄和蝕刻工藝步驟，最后進行 C4 凸塊工藝?！?/span>

應對翹曲

基板翹曲是扇出型晶圓級工藝的關(guān)鍵問題，在更大的面板層面上，這一問題尤為嚴重。由于組件包含具有各種熱膨脹系數(shù) (CTE) 的材料，在經(jīng)歷熱處理并在冷卻時收縮，因此會產(chǎn)生翹曲。

「翹曲問題主要源于硅片（2.6ppm/°C）和塑封料（7ppm/°C）之間的熱膨脹系數(shù) (CTE) 差異，」Amkor 的 O'Toole 說道。塑封工藝通常在 120°C 至 150°C 之間進行。隨著基板冷卻，CTE 失配會導致重構(gòu)面板發(fā)生翹曲。「在類似配置下，F(xiàn)OPLP 的翹曲程度將顯著高于 FOWLP，因為 CTE 引起的翹曲會隨著尺寸的增加而增大。如果條件允許，可以通過調(diào)整硅片與塑封料的比例以及整體厚度來最大限度地減少翹曲。」

控制翹曲的其他方法涉及工藝控制?！窩4 凸塊工藝的質(zhì)量與載體剝離后的面板翹曲息息相關(guān)，」ASE 的 Lee 表示?！敢粋€關(guān)鍵因素是防止 C4 工藝過程中出現(xiàn)操作問題?！?/span>

載體翹曲問題已變得日益嚴重，以至于人們正在開發(fā)新材料來降低翹曲風險。臺積電首席工程師 Guillermo Zapico 表示：「翹曲管理已成為先進封裝良率提升的關(guān)鍵要求。」他的團隊測試了日立杜邦微系統(tǒng)公司的一種非感光性聚酰亞胺，其熱膨脹系數(shù) (CTE) 與現(xiàn)有聚酰亞胺電介質(zhì)相當，但固化溫度卻顯著降低。他們發(fā)現(xiàn)，這種新材料能夠滿足蝕刻通孔的臨界尺寸 (CD) 目標，同時在硅基板上將翹曲降低 79%，在陶瓷基板上則降低 95%。

結(jié)論

面板級制造在許多非尖端器件的組裝中實現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟，但最大的成本節(jié)約將來自于為 AI/HPC 器件提供扇出型面板級工藝，即用有機中介層取代硅中介層。為了實現(xiàn)這一點，F(xiàn)OPLP 工藝必須達到當前扇出型晶圓級封裝工藝的良率。

如今，激光直接成像和步進式光刻機都在使用，但從生產(chǎn)率的角度來看，步進式光刻機更適合用于 RDL 圖案化。同樣，熱壓鍵合也經(jīng)常被使用，因為它對翹曲問題的容忍度更高，而大規(guī)?；亓骱竸t因其生產(chǎn)率而明顯更受青睞。

隨著新型層間介電材料以及膨脹系數(shù)更接近硅的成型材料的投入生產(chǎn)，制造商將能夠更好地控制芯片偏移和翹曲。系統(tǒng)級優(yōu)化將成為所有這些復雜的 AI/HPC 封裝的重點。