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近期，由Manz亞智科技主辦的“FOPLP、TGV、異質整合結構芯片封裝技術創(chuàng)新論壇”在蘇州成功召開。本次論壇以“‘化圓為方’解鎖高效封裝?? CoPoS賦能芯未來”為主題，全面探討當前半導體產業(yè)發(fā)展局勢下，封裝產業(yè)新機遇以及CoPoS、板級封裝、玻璃基板等技術應用與發(fā)展?jié)撃堋?/p>
在論壇開幕致辭中，中國半導體行業(yè)協會副秘書長兼封測分會秘書長徐冬梅指出，“自2024 年以來，中國半導體封測行業(yè)的市場規(guī)模已達數百億美元。展望 2030年，隨著人工智能和通信技術的飛速發(fā)展，加之政策的大力扶持，中國半導體封裝領域即將迎來新一輪的蓬勃增長。在這一過程中，中國對先進封裝技術的投資預計將達到目前的三倍，從而推動整個行業(yè)向高端化和專業(yè)化邁進。”
值得一提的是，在當前的大環(huán)境及集成電路產業(yè)背景下，先進封裝更為市場和輿論關注。近日中國半導體行業(yè)協會集成電路設計分會理事長魏少軍教授在其題為《中國芯片設計業(yè)要自強不息》的主旨報告中指出，我國集成電路產業(yè)應更加關注不依賴先進工藝的設計技術，并提出兩條可行路徑，其一為架構的創(chuàng)新，其二為微系統集成。所謂微系統集成即包含2.5D/3D封裝、Chiplet、FOWLP等先進封裝技術。
01、從CoWoS 到 CoPoS
在算力時代，隨著英偉達GPU的破圈大熱，其芯片背后的重要功臣——先進封裝技術CoWoS也被大眾所熟知。通過先進制程+先進封裝的組合，臺積電賺得盆滿缽滿。
此前，臺積電董事長魏哲家表示，客戶對CoWoS先進封裝需求遠大于供應，盡管臺積電今年增加CoWoS產能超過2倍，仍供不應求。至2024年底，臺積電CoWoS 月產能約3.5萬片，2024全年產出約30至32萬片，臺積電并規(guī)劃在2025年底將月產能提高至6萬片以上；CoWoS在2022年至 2026年產能CAGR將達50%以上。據報道，為應對市場需求的激增，臺積電籌劃著對CoWoS先進封裝工藝提價，價格可能上漲10%至20%。
在后摩爾時代，先進制程工藝演進逼近物理極限，先進封裝成了延續(xù)芯片新能持續(xù)提升的道路之一，其重要性和價值不可估量，這也是魏少軍將微系統集成作為我國集成電路產業(yè)不依賴先進工藝的持續(xù)迭代路線的原因。
當下，CoWoS技術主要由臺積電掌握，其短期內對于CoWoS技術的演進路線，是從CoWoS-S轉向更具潛力的CoWoS-L技術，后者在靈活性、經濟性等方面較前者更優(yōu)。更長遠來看，產業(yè)界認為CoPoS技術將會是CoWoS技術的未來。
Manz集團亞洲區(qū)銷售副總經理簡偉銓表示，“相較于傳統封裝方式，面板級封裝提供了更大的生產靈活性、可擴展性和成本效益，同時能夠在一次封裝過程中處理更多的芯片，顯著提高了封裝效率和芯片產能，能有效緩解CoWoS先進封裝產能吃緊，導致AI芯片供應不足的問題。”
CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）屬于晶圓級封裝，其將芯片堆疊起來再封裝于基板上，最終形成 2.5D、3D 的形態(tài)，能減少芯片空間，還可降低功耗和成本。而CoPoS （Chip-on-Panel-on-Substrate）可以看作是CoWoS的面板化解決方案。
盡管在稱謂上只是將CoWoS的wafer（晶圓）換成panel（面板），但實際上涉及調整的地方非常多。如基板的形狀從圓形變?yōu)榉叫?，硅中介層可替換成玻璃中介層或板級封裝RDL材料中介層、BT基板可替換成玻璃基板，在各種互連架構中實現的再分配層，包括RDL interposer (CoWoS-R/ CoWoS-L)和玻璃芯基板上的RDL（玻璃版的FC-BGA）。
02、被提上日程的玻璃基板
從上面可以看出，玻璃基板對于CoPoS 工藝非常重要。
事實上，因具備低熱膨脹系數、高機械強度、耐高溫性、高布線密度等特點，玻璃基板被視為半導體下一代基板解決方案。早在去年9月份，英特爾便公開宣布其在玻璃核心基板方面的努力。英特爾表示該技術將重新定義芯片封裝的邊界，為數據中心、人工智能和圖形處理提供具有突破性的解決方案，推動摩爾定律的進一步發(fā)展。
Manz集團亞洲區(qū)總經理林峻生向芯師爺表示，實際上，產業(yè)界對于玻璃基板的研究超過了十年，然而一直沒能量產落地，之所以如此，是因從技術落地到真正的工業(yè)化量產之間的難度非常大。在英特爾帶頭亮出玻璃基板技術后，業(yè)界對于這個議題非常感興趣，大家都認為只要加大對于技術的投入，便有機會在這方面取得突破。在這個情況之下，很多企業(yè)加入到這個賽道當中，不局限于封測、IDM企業(yè)，還包括原本做顯示面板、做載板的公司?！霸诖罅康耐度胫拢覀冾A期這會縮短玻璃載板量產落地的時間，或許三四年之后就能看到比較清晰的進程?！?/p>
玻璃基板生產工藝包括前端切磨拋、TGV、半加成、電鍍、PVD、CMP、多層RDL等工序，其中TGV 玻璃通孔技術為玻璃基板技術難點，最主要的問題是玻璃材料缺乏類似于硅的深刻蝕工藝。TGV通孔的制備需要滿足高速、高精度、窄節(jié)距、側壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求。激光誘導刻蝕是目前最有大規(guī)模使用前景的工藝。
此外，玻璃基板和中介層的制造仍存在不小的技術挑戰(zhàn)。Manz集團亞洲區(qū)研發(fā)部協理李裕正博士表示，玻璃載板的生產模式跟傳統載板不一樣。在采用激光鐳射處理時，能量不能太高，否則會裂。而且，“有些裂紋甚至很難發(fā)現。所以在做密度高的線路時就會比硅更難?！崩钤Ｕ€強調，玻璃非常易碎，有可能在傳輸過程中因為機械震動而出現破裂情況。這意味著傳統晶圓廠中采用天車等運輸晶圓的方式能否在玻璃基板上沿用有待觀察。
盡管玻璃基板相應技術不算成熟，但業(yè)界對其未來一直看好。在這方面大手筆投入的不僅英特爾，三星、臺積電等企業(yè)也在跟進當中，Manz亞智科技也有相應的規(guī)劃。據了解，Manz亞智科技在RDL制程經驗的基礎上進行了前瞻性的技術研發(fā)，投入更多研發(fā)力量，轉向以玻璃基板為基礎的架構，聚焦于高密度玻璃基板與多樣化化學品等制程材料的合作開發(fā)與制程設備整合設計，強調針對不同類型、不同厚度的玻璃達成內接導線金屬化制程與TGV玻璃通孔制程技術；以不同溫度控制、流態(tài)行為控制及化學藥液，有效控制玻璃通孔內形狀配置及深寬比，滿足高縱深比的直通孔、高真圓度等制程工藝需求，以此使芯片具備更高頻寬、更大密度和更強散熱能力。
03、還需產業(yè)鏈的共同努力
“玻璃基板發(fā)展得還不夠成熟，并非下游的需求不夠，反而是下游需求非常強，在推著產業(yè)鏈中上游不斷優(yōu)化技術與工藝。”李裕正博士表示。
半導體行業(yè)在誕生至今的幾十年里有著長足的發(fā)展，其制造與封裝的工藝、標準和技術也在這個過程中不斷地變化，其間任何一個標準或工藝的落地都不止是一家企業(yè)能夠完成的，而是需要整個產業(yè)鏈的協同推進。例如，半導體晶圓從200mm走向300mm，正是整個行業(yè)在付出極大努力后達成的共識，而未能達成共識的就如同450mm晶圓。
玻璃基板正在嘗試完成對傳統有機載板的替代，在行業(yè)的共同推動下，這似乎成了共識，一旦技術完成突破，其商業(yè)量產進程將飛速加快。而Manz亞智科技在創(chuàng)新論壇中所提到的FOPLP/CoPoS面板級封裝，則是在挑戰(zhàn)行業(yè)幾十年下來形成的行業(yè)習慣。
不過，隨著技術的成熟，有著優(yōu)越電氣性能、信號傳輸完整性的玻璃基板和在靈活性、經濟效益上更加的面板級封裝將會在行業(yè)內得到普及，在下游需求的有效推動下，也會有更多企業(yè)加入到其中，并將之作為行業(yè)共識來普及。
Manz集團亞洲區(qū)總經理林峻生指出：“為了提供客戶全方位及多元的RDL生產制程設備解決方案，迎接AI芯片面板級封裝的快速成長商機，我們積極整合供應鏈伙伴，在制程、設備、材料使用上積極布局，并在我們廠內建置試驗線，為客戶在量產前進行驗證。面板級封裝將是下一代封裝的新勢頭， Manz亞智科技從 300mm 到 700mm的 RDL生產制造設備擁有豐富的經驗，從我們技術核心延伸實施到不同封裝和基板結構，確保了客戶在先進封裝制程上的靈活性。”
在本次創(chuàng)新論壇上，Manz亞智科技便邀請了云天半導體、三疊紀、佛智芯、森丸電子、矽磐微電子等企業(yè)專家共同探討CoPoS、板級封裝、玻璃基板等生產技術應用與發(fā)展?jié)撃堋私?，目前Manz亞智科技單板型PLP RDL技術已通過L/S 15μm/15μm 的驗證，并處于量產階段。輸送機類型（直列式）PLP RDL技術已通過L/S 5μm/5μm 的驗證，也適用于小批量生產。CoPoS技術中針對RDL增層工藝搭配有機材料和玻璃基板的應用生態(tài)系統正在建設中。
