先進封裝成國產(chǎn)光刻機全新突破口 芯碁微裝攜WLP-8率先“迎戰(zhàn)”

“2022年將是先進封裝元年。”巨頭持續(xù)加碼，讓這種認知正在成為業(yè)界共識。而這片徐徐展開的廣闊藍海，帶來的不止是新的機遇，更是新的挑戰(zhàn)，而挑戰(zhàn)者遠遠不止是代工廠和封測廠。

糧草未動，設備先行。更高的連接密度、更精密的控制是先進封裝領先于傳統(tǒng)封裝的優(yōu)勢，也對其使用的設備提出了新的要求。由于凸塊、TSV等技術的引入，先進封裝正向前道制造工藝無限靠近，光刻機作為設備領域“皇冠上的明珠”，在先進封裝中，同樣扮演至關重要的作用。

在此背景下，海內(nèi)外光刻設備巨頭，均已紛紛加碼先進封裝，而中國作為目前全球半導體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移陣地，更是半導體封測最大產(chǎn)能國，更有領先的國內(nèi)光刻設備廠商作出示范。其中，芯碁微裝無掩膜直寫光刻設備WLP-8的推出，代表了國產(chǎn)光刻機進入新的征程。

先進封裝藍海已現(xiàn) 國產(chǎn)光刻機吹響前奏

芯碁微裝副總經(jīng)理曲魯杰博士表示，隨著摩爾定律走向終結，包括分辨率、功耗、傳輸速度等問題就需要用先進封裝來解決，晶圓級封裝，包括2.5D/3D封裝，其實都是為了解決芯片之間的互聯(lián)問題，并且作為更高密度的芯片，對芯片性能起到關鍵性作用。

根據(jù)市調(diào)機構Yole預計，2018-2024年，先進封裝市場將以8%的年復合增長率增長至440億美元，超過同期整體封裝5%復合增長率，更遠高于同期傳統(tǒng)封裝2.4%的復合增長率。營收占整體封裝的比重也逐年增加，從2018年的42.1%增長到2024年的49.7%。

不過，更大的市場也帶來了全新的技術考驗，設備首先“應考”。在Bumping pitch、RDL L/S不斷向更細尺寸發(fā)展的前提下，對設備的更小線寬處理、工藝精度等提出了更高要求，且由于操作更多是在晶圓層面上，因此也向前道制程設備靠近，光刻機的應用即為典例。

資料顯示，在先進封裝中，光刻機主要應用于倒裝（Flip Chip，F(xiàn)C）的凸塊制作、2.5D/3D封裝的TSV技術，與在前道制造中用于器件成型不同，在先進封裝中主要用做金屬電極接觸，另據(jù)曲魯杰介紹，先進封裝引入濕制程基本都會使用到光刻機。

VLSI預計，全球集成電路后道先進封裝設備銷售額2023年將達到20.21億美元，2018-2023年復合增長率達到4.65%，而其中光刻工藝中所需要的涂膠顯影設備同期復合增長率高達8.5%，光刻機作為光刻工藝中價值量最高的設備，其增長速度由此可見一斑。

中國作為當前半導體產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移的新陣地，同時也手握當前全球封測主要產(chǎn)能，對先進封裝以及其所需的光刻設備的需求之大毋庸置疑。曲魯杰博士指出，對于先進封裝光刻機來說，國內(nèi)主要有兩部分市場，一部分是存量市場，一部分是增量市場。

對于前者，主要是既有產(chǎn)線的改造，目前國內(nèi)真正量產(chǎn)的產(chǎn)線是10um-5um的階段，隨著制程的改制，光刻設備有升級換代的可能性；對于后者，主要是新建的產(chǎn)線，主要來自于國內(nèi)幾大頭部封測廠近年來在先進封裝領域的不斷加碼和新產(chǎn)能的投建。

需要指出的是，雖然當前國內(nèi)先進封裝在整體封裝中的占比與國外頭部廠商相比尚有差距，但從發(fā)展勢頭來看，無論是頭部企業(yè)和其他二、三線廠商發(fā)展均相當迅猛，同時，出于性價比考慮，更多的海外廠商選擇在中國建廠，由此也帶來了對本土光刻機的需求。

此外，一種業(yè)內(nèi)觀點認為，由于先進封裝定制化程度高，靈活性更高的本土設備商將具有優(yōu)勢，因此在國內(nèi)先進封裝市場規(guī)模迎來快速增長的同時，這一賽道也已成為國產(chǎn)光刻機的突破口。其中作為技術儲備最為深厚的頭部廠商之一，芯碁微裝此次推出WLP-8，正式吹響了號角。

直寫光刻設備優(yōu)勢凸顯 WLP-8已進入多方驗證

據(jù)介紹，WLP-8無掩膜直寫光刻設備應用于晶圓級封裝、系統(tǒng)級封裝、板級封裝、功率器件、分立元件等先進封裝和芯片制造領域的量產(chǎn)型直寫光刻設備，光刻精度能夠達到最小線寬2μm，產(chǎn)能30-60片/小時，支持先進封裝及芯片制造的RDL功能，適用于中試、生產(chǎn)等量產(chǎn)線使用。

顧名思義，無掩膜直寫光刻設備與傳統(tǒng)光刻設備的最大區(qū)別就在于是否采用了掩膜版。在先進封裝領域，由于掩膜光刻在對準靈活性、大尺寸封裝以及自動編碼等方面存在一定的局限，泛半導體設備廠商近年來將激光直寫光刻技術應用于晶圓級封裝等先進封裝領域。

曲魯杰博士以扇出型封裝（Fan-Out）舉例，其步驟是把晶圓切割下來后根據(jù)封裝尺寸拼在一個基板上進行重布線（RDL）、涂上封裝膠，首先在拼接的過程中會產(chǎn)生位移，使得使用掩膜版的光刻機難以精確對位，“尤其是在高精度情況下非常難做。”其次則是封裝膠容易產(chǎn)生的翹曲問題。

Fan-Out工藝流程 圖源：日月光

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在此基礎上，無掩膜直寫光刻設備無需掩膜版的優(yōu)勢就凸顯了出來，尤其是當先進封裝向5μm及以下精度靠近時，其相較于傳統(tǒng)光刻機可以擁有更高的精度，并且可以在使用軟件偵測位移后，通過RDL，重新將裸片（die）連接起來，這樣效率和成品率都會有一定提升。

就WLP-8來說，不但具備上述無掩膜直寫光刻設備的主要優(yōu)勢，并且還具有量產(chǎn)性以及獨特的RDL功能，即偵測位置后進行RDL，運行成本低也是WLP-8的突出特點。傳統(tǒng)光源可能需要3000瓦，WLP-8至少需要幾十至上百瓦，用電量較低。

另外從應用領域來看，無論是Fan-Out，還是FC所需的凸塊、2.5D/3D封裝所需的TSV工藝均可應用，甚至在凸塊技術上，還可根據(jù)位置來控制凸塊，更有特色。某種程度上來說，傳統(tǒng)光刻機能做的WLP-8幾乎都可做到，且在使用上還更具備靈活性。

據(jù)了解，當前，全球封測龍頭日月光的高端先進封裝產(chǎn)線已采用了無掩膜直寫光刻設備，日本直寫光刻設備巨頭也均已涉足并開啟了晶圓級封裝量產(chǎn)設備，就性能指標上來看，WLP-8最小線寬已達到2μm，與國外一線廠商相比毫不遜色，可以說達到了世界一流水平。

據(jù)曲魯杰博士介紹，WLP-8在完成研發(fā)后，于2021年下半年開始與多個客戶進行對接和驗證，其中包括代工廠和封測廠，大部分為國內(nèi)企業(yè)，“一些客戶的工藝不太一樣，客戶端的軟件也不太一樣，都在做適應性驗證，但就本身性能上看，均能達到客戶的要求。”

曲魯杰博士認為，隨著無掩膜直寫光刻設備效率和產(chǎn)量的不斷提高，將會有更多的廠商愿意采用，未來有很大的機會與傳統(tǒng)光刻機平起平坐，甚至超越。同時，芯碁微裝還將圍繞先進封裝引線框架雙面曝光設備等更多的領域進行研發(fā)，在先進封裝領域持續(xù)發(fā)力。（校對/Stella）