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未来的挑战

新的光刻,作为包装所需的设备继续规模。

受欢迎程度

扇形输出晶圆级封装市场正在升温。在高端,例如,一些包装公司正在开发新的扇出包装,可能达到一个新的里程碑,达到或打破魔术1µm线/空间障碍。但这项技术也面临一些挑战,因为它可能需要更昂贵的工艺流程和光刻等设备。
图1:再分布层。资料来源:林研究

如今,该行业正在开发具有不同规格和流程的各种类型的扇出包。一个常见的规范是再分配层(rdl)中的行和空格特性。RDL由在模具上形成的一层或多层组成,其中包含从一个位置重新分布到模具垫片的铜金属连接线或痕迹。线和空间是指金属痕迹的宽度和它们之间的空间。

随着更复杂的芯片集成到一个扇形输出中,它可能需要更多的层,有更细的线条和空间。例如,今天的扇出包裹的范围为5μm线和空间(5-5μm),上面有2-2μm的作品。在研发方面,有些人正在使用1-1μm及以下的高端扇出技术,包括能够支持的封装高带宽内存(HBM)。针对网络/服务器应用程序,在2-2μm的扇出时可能很快出现1-1μm左右2020。

根据分析师的数据,Amkor,ASE,TSMC等正在开发扇出或约1-1μm或下面的扇出套餐。“在这种线条和空间的粉丝处于几名球员的研发状况,”艾尔·邓洛埃洛的分析师JérômeAzémar说。“到目前为止,路线图中的主要目标是标准RDL过程的2-2μm。但通过使用鹅卵石BEOL作为补充,甚至可以达到1-1µm。”

Azémar指的是在晶圆厂中的包装房屋和尾部后端(BEOL)中使用的过程步骤。但也许扇出流的最大变化涉及光刻设备,用于在封装中模式RDL跟踪电路,VEA和其他结构。对于1-1μm及更大的扇出,供应商必须切换波长并移动到I-Line或365nm光刻工具,这一移动可能会增加成本和复杂性进入等式。

考虑到这些问题,对成本敏感的包装公司面临着一些艰难的决定。首先,2-2µm及以下的扇形扩散仅限于高端客户群。并不是所有的客户都需要这些特性的扇出包,因为5-5µm及以上适用于大多数应用。

那么,包装公司是进行必要的投资,以开发回报不确定的高端产品,还是推迟投资,专注于更主流的技术?包装公司正在权衡几个方面的选择。在一个关键设备方面,他们正在认真研究光刻技术的选择。对于封装来说,主流的光刻工具是掩模对准器和步进器。然后,一些供应商正在开发新的光刻工具,包括激光消融,以及直接成像或使用多光束的无掩模光刻系统。另一种可以观察的技术是自适应模式。

包装的趋势
集成电路封装包含各种互连方案,这些方案将封装中的一个结构与另一个结构连接起来。主要的互连技术有线键合、倒装芯片、晶片级封装(WLP)和通过硅通孔(tsv)。

钢丝键使用微小电线将一个结构缝合到另一个结构。在倒装芯片中,形成微小的凸块或铜柱,以提供包装中的电连接。

在高端市场,该行业继续增长2.5 d/3 d使用tsv的芯片,不管这些tsv是通过一个芯片还是一个单独的插入器。插入器包含微小的迹线,将电气连接到模具。


图2:2.5D,具有TSV和高带宽存储器。来源:三星

globalfoundries例如,可以实现2.5D设计,中间插入器为0.8-0.8µm。GlobalFoundries的包装副总裁David McCann说:“2.5D的插入器需要精细的线条和空间来实现大规模并行接口,比如在用于网络、图形和高带宽内存的处理器之间。”

2.5D在fpga、图形芯片和网络等高端应用中获得了吸引力。但是干扰器的成本和其他因素阻碍了2.5D成为更主流的技术。

希望找到较低成本的解决方案,该行业正在开发一流的高端扇出包。供应商继续为传统的中档空间开发扇出。因为扇出不需要插入器,所以它比2.5D便宜。

“我们看到越来越多的服务器应用程序的查询。我们也看到越来越多的人对在服务器应用中使用扇出技术感兴趣先进的半导体技术德赢娱乐网站【官方平台】(ASE)。“(顾客)希望我们能够在扇出中进行HBM。有两个原因。一个,插入器的成本很高。其次,您实际上可以获得更好的电气性能与扇出。但是你需要精细的几何形状来做到这一点。在HBM上路由所有4,000个I / O,尤其是当您对GPU的倍数(连接)时,您需要非常细的线条。“

为此,该行业希望超越2-2µm。"我们希望至少降到1 μ m。这可能足够两到三年。除此之外的一切都只是猜测。”亨特说。

向下移动到2-2µm及以上有几个好处。ASM太平洋技术公司的高级技术顾问John Lau表示:“可以减少rdl的数量,也可以采用高密度互连。“当然,这是针对超级计算机、服务器、电信和网络等高端产品。”

如果该行业可以成功开发高端扇出,它可以给出2.5d竞争。但通常,在市场上有2.5D和高端扇出的空间可能会有空间。

扇出本身是一种WLP技术,它涉及封装集成电路时,它还在晶圆上。在扇出式中,单个模具嵌入在环氧材料中。互连在包中呈扇形展开,使更多的I/ o。

有三种主要类型的扇出技术——芯片优先/正面朝下;chip-first /平;芯片先行,有时也称为RDL先行。


图3:芯片优先vs.芯片最后来源:TechSearch国际。

第一波扇出封装,被称为嵌入式晶片级球栅阵列(eWLB),出现在2009年。现在,eWLB包的范围从500到1000个I/ o,在10-10µm及以下使用一到两层RDL。


图4:eWLB的演变。来源:新科金朋

去年,当苹果公司在iPhone 7上采用这种技术时,粉丝达到了一个里程碑。传统上,苹果和其他智能手机厂商在应用处理器上采用了封装对封装(PoP)技术。PoP既可靠又便宜,但当厚度为0.5mm至0.4mm时,它就会失去动力。

对于iPhone 7,台积电制造了苹果A10应用处理器。苹果的A10基于16nm finFET工艺,封装在台积电的InFO (Integrated Fan-Out)中。据TechInsights称,A10封装的厚度从0.33毫米到0.23毫米。采用3层RDL,分别为5-5µm、10-10µm和10-10µm。

今天,扇形输出的最佳位置是5-5µm及以上。“对于移动或射频产品,10µm的线路和空间已经足够好了,”Seung Wook Yoon说,产品技术营销总监Chippac.。对于应用程序处理器,可能需要7-7µm。最小为5-5µm。”

但在研发方面,该行业正在开发2-2µm及以上的高密度扇出或相关包。例如,ASE去年推出了一项名为“基片上的扇出芯片(FOCoS)”的技术。针对服务器空间,FOCoS的第一个客户将单独的16nm和28nm模具集成在同一个封装中。


图5:ASE的Focos包。资料来源:TechSearch International

Focos是一种基于扇出复合模具技术的混合解决方案。“你把颠簸放在上面。然后,我们将其视为单一的模具,并将其翻转到BGA衬底上,“ASE的狩猎说。“基本点是它消除了对插入器的需求。它表现出比插入者更好。“

套件有四个金属层,虽然ASE正在进行新版本。“我们展示了1.5-1.5μm,”他说。

下一步是移动到1-1μm及以后,这提出了一些挑战。显然,客户希望以合理的价格满足或超过2.5D性能的高端扇出包。“包装尺寸也是一个挑战,因为粉丝展示的舒适区仍然很小,”艾尔的Azémar说。“总的来说,如果在这种高连接密度和包装尺寸的可靠性和成本方面,则目前尚不清楚。我们将在一两年内了解。“

但是,尽管如此,与目前的流量相比,1-1μm和超越的扇出将需要不同的过程和设备,尤其是开发RDL。

有几种方法可以制造rdl。最常见和最便宜的方法是基于聚合物的流动。另一种被称为“大马士革过程”的方法是另一种沉积rdl中铜痕迹的方法。


图6:一个常见的RDL流程。来源:Chipbond

“如果你走到2-2 μ m,我们可能需要一个铜大马士革或类似大马士革的过程。即使使用TSV 2.5D插入器,你也需要1µm行/空间的铜大马士革过程。这是一种不同于目前晶圆级工艺的方法。

最大,最关键的变化涉及光刻。“需要升级该工具以满足要求,”尹说。“目前,我们使用的步进是宽带源。当你比2-2-2米以下的线条和空格更精细,你需要i-line。“

它还需要新材料。“我们也必须使用不同的等级光致抗辩为了制造细线宽间距,”他说。因此,该工艺需要不同的光刻工具、检测工具以及不同的光刻胶材料。我还希望RDL结构是一种大马士革类型。”

光刻技术是什么?
光刻技术——在结构上形成微小特征的艺术——在制造工厂和包装工厂都被使用。在fab中,该工具的工艺特点是纳米级的。同时,在封装中,光刻和其他工具被用来加工凸点,铜柱,RDL和tsv。这些结构在μm水平上被测量。


图7:扇出设备和材料预测。来源:yole developement

在包装中,有四种主要的光刻设备类型掩模对准器,投影(台球/扫描仪),直接成像和激光烧蚀。掩模对齐器和脚步是最常见的工具,而其他技术则对传统系统呈现威胁。

在业界使用多年来,掩模对准器是最便宜的工具。ev组和suss是面具对齐器业务的主要参与者。

在掩模对准器中,晶圆移动到工具中。然后,在系统中插入具有固定模式的掩码。掩模与晶圆对齐,然后用光曝光,在表面形成1:1的图案。

掩模对准器用于5-5μm及以上的加工特征,虽然3-3μm是可能的。该公司业务拓展总监托马斯•乌尔曼说:“目前,大多数人的皮肤厚度在12-12μm或7-7μm,很快就会接近5-5μm。电动汽车集团。“如果您想到EWLB,您可以在大范围内使用掩码对齐器进行所有内容。”

校准器有一些局限性,但它们是具有成本效益的解决方案。Uhrmann说:“如果你想在5-5μm或小于5-5μm的线和空间进行生产,掩模对准器仍然是完全可行的,具有优越的成本点。”

不过,为了更精细的线条和空间,包装公司使用步幅。Ultratech是光刻包装业务的领先供应商,销售1X步进机等设备。其他步进供应商包括佳能,尼康,ORC, SMEE,鲁道夫和Ushio。最近,Kulicke & Soffa通过收购包装光刻初创公司Liteq进入了竞争。

步进器将特征像从掩模转移到晶圆片的一小部分上。这一过程不断重复,直到晶圆被处理完毕。有些系统以1:1或1X的规模处理一个功能。同时,一个减少步进图像的特征在2X, 4X或5X。

步进器使用不同的曝光波长来塑造图像。对于主流应用,封装公司使用传统的步进器,它结合了几种不同的波长——g、h和i。通常,这种宽带技术用于2-2μm或以上的图案。

Ultratech副总裁兼光刻产品总经理Rezwan Lateef说:“对于大于2μm的应用,通常使用ghi波长(436nm、405nm和365nm),通常由宽带光谱汞光产生。”

超过2-2μm,步进器需要不同的配置。Lateef说:“对于1μm和更小的特征,i-line (365nm)仅用于支持这些良好的分辨率。”

Ultratech和其他公司在同一工具中支持多种波长。“通过使用内联滤波器,你可以将一个' ghi '波长系统设置为' i-only '模式。这使得用户可以灵活地开发配方,以无缝、自动化的方式使用最合适的波长,”他说。“所以你可以使用‘ghi’波长,过滤掉‘gh’。这种使用可选择波长的能力增加了光刻系统的复杂性,但为用户提供了灵活性。”

然而,并非所有的“ghi”工具都是相似的。据分析人士称,一些工具能够产生细纹和空间,而其他工具则难以达到5-5μm以下。

还有其他选择。对于2-2微米及以上的产品,许多包装公司使用的步进器是“纯”i-line,而不是“gh”技术。一些i-line步进器是针对1.5-1.5-μm及以下的2X还原系统。

一些I-Line工具已经在0.8-0.8-μm处处理插入器。“I-Line光刻工具非常适合这个范围,”GlobalFoundries“麦肯说。

不管步进器类型是什么,在打包流中都存在一些挑战。例如,“纯”i-line工具被用于处理晶圆工厂中的非关键层。在晶圆厂,工具的工艺特点是在平面晶圆上。

然而,在扇出去时,情况就不同了。“它们是典型的重组晶圆。它们有很多翘曲。确保你有正确的聚焦深度是必要的。”

此外,在扇出过程中,模具内嵌在环氧树脂模具中。模具的放置精度是至关重要的。但有时,模具在过程中移动,造成不必要的影响称为模具移位。因此,扇出过程需要改进的对准技术与光刻工具,以补偿模具移位。

“鲁道夫技术的光刻系统集团副总裁兼总经理富罗夫·罗格多夫说:”对先进包装中较小几何形状的主要担忧是不同的。““对于晶片和面板,基板的平坦化使得能够处理由较高的NA产生的较小的焦点是关键挑战之一。此外,更严格的注册要求意味着需要改进的对准和阶段系统。“

Deca Technologies开发了一种叫做“自适应模式”的技术,这是一种可能的解决方案。该技术正在其即将推出的扇出系列中实施。“扇出封装的挑战之一是重组晶圆内IC的运动。在使用面罩的传统扇出包装过程中,这种错位可能会导致与粘结垫缺乏互连,显然会导致部件失效。”

“自适应模式形成过程包含了检测步骤,以确定重组晶圆内半导体的移动,然后调整随后的过程步骤来处理这种移动,从而产生更高的产出互连。当你开始研究先进的设计规则和多模封装时,适应性加工的需求变得更加迫切。”

当然,成本也是一个因素。“纯”i线步进器的价格高于传统的“ghi”系统。因此,包装公司需要考虑拥有成本等式。如果高端的扇形市场成为现实,投资i-line工具是有意义的。风险在于,市场永远不会起飞,或者产品达不到他们的预期。

其他选项
除了步行者,还有其他选择。例如,Orbotech和Screen Semiconductor Solutions正在开发直接成像系统,这有点像直接写入或无掩模光刻。

Screen,也被称为Dainippon Screen,将其系统定位于面板级扇出市场。同时,Orbotech的技术也应用于PCB行业。它也用于封装中的IC基板。

Orbotech的激光直接成像技术使用多个光束在8-8μm和下方的表面上直接打印特征,然后移动到5-5μm和2-2μm。“您正在为先进包装进行步进有很多事情,可以以一种更有效的方式与直接成像进行,”奥尔博工业营销总监Shavi Spinzi说。

直接成像具有一些优点。“通常,它是一个多光束系统,以满足正确的吞吐量,”Spinzi说。“而不是使用屏蔽为步进或对齐器,而是直接用激光写入您需要的模式。因为您不使用掩码,所以可以测量模具的位置。你可以在飞行中计算你需要绘制的线的确切位置。“

另一个供应商SUSS正在开发另一种称为准分子激光烧蚀的方法。使用248nm和308nm波长,Suss的激光消融工具使特征能够为5-5μm至2-2μm。激光消融可用于各种包装应用,例如沟槽和通孔。

激光消融是一种干燥的制模过程。这个系统破坏了表面的分子结构。它直接蚀刻所需的电路图案。

据分析人士说,激光消融很有前景,但技术仍不成熟,需要一些工作。与此同时,也不清楚直接成像能延伸多远。

显然,i-line是可行的,但成本是关键。总之,包装公司必须找到一个解决方案。否则,他们可能会错过高端的“扇形列车”。

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1评论

加里煌 说:

固化过程中所有的图形化过程都涉及到高温,基材与光刻胶之间的CTE不匹配的影响阻碍了在多层图形化过程中更精细的移动。

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